Overraskende nanorør:Nogle glatte, noget klistret

Nanorør - mikroskopiske cylindre i form af sugerør, men kun en tusindedel af diameteren af ​​et menneskehår - har været genstand for intensiv forskning, med potentielle anvendelser lige fra solceller til kemiske sensorer til forstærkede kompositmaterialer. Det meste af forskningen har koncentreret sig om kulstof nanorør, men andre nanorørs egenskaber ser ud til at være ens.

Så det var ganske uventet, da Lydéric Bocquet, en gæsteprofessor i MIT's Institut for Civil- og Miljøteknik, udførte test på kulstofnanorør (CNT'er) og bornitrid nanorør (BNNT'er) og fandt ud af, at i det mindste med hensyn til én nøgleegenskab, friktion, de to tilsyneladende identiske typer rør var ikke kun forskellige, men næsten modsatte i deres egenskaber:CNT'er er så glatte, at de beskrives som havende en ekstrem form for friktionsfrihed, kaldes superlubricitet. BNNT'er, på den anden side, vise et meget højt niveau af friktion - en fuldstændig uventet opdagelse.

Testene blev udført i et apparat, der gør det muligt at ophænge et nanorør mellem to understøtninger, som derefter kan trække det fra hinanden med præcist kalibreret kraft. Rørene - faktisk et sæt indlejrede rør, meget gerne et gammeldags teleskop-til sidst brydes under belastningen. Et eller flere af rørene kan trækkes ud inde fra de andre, som at forlænge teleskopet. Den kraft, der er nødvendig for at trække det ene rør ud af det andet, kan derefter måles.

"Det var en stor overraskelse - vi fandt en kæmpe forskel i friktion, "Siger Bocquet. Resultaterne er beskrevet i et papir i tidsskriftet Naturmaterialer , medforfatter af Bocquet og fire af hans kolleger ved Université de Lyon i Frankrig. Arbejdet var en del af et løbende samarbejde, kaldet MultiScale Material Science for Energy and Environment, mellem MIT og Centre National de la Recherche Scientifique i Frankrig.

Lignende elementer, forskellige effekter

Komponenterne i bornitrid - bor og nitrogen - flankerer kulstof på det periodiske system, så deres egenskaber har en tendens til at være ret ens, Bocquet påpeger. Mens BNNT'er er blevet undersøgt før, materialet er "mindre kendt end carbon nanorør, siger han. Når du studerer de to side om side, tilføjer han, de er stort set de samme, bortset fra deres elektriske egenskaber:CNT'er er ledere eller halvledere, mens BNNT'er er isolatorer. Derfor var det et chok at finde "en kæmpe forskel, selv om de strukturelt er grundlæggende ens. Der er en skjult forskel, som vi stadig ikke helt forstår. "

Det er uklart, hvilke praktiske anvendelser fundet kan have, Bocquet siger, men han foreslår, at højfriktionsrørene måske kan fungere som en slags stødabsorberende materiale. "En stor membran af det materiale kunne sprede en masse energi, " siger han. Ironisk nok, materialet har længe været produceret som et industrielt smøremiddel:Tilsyneladende er dets smøreegenskaber meget forskellige fra mellemlagsfriktionen, der ses i laboratorieforsøgene.

Men Bocquet ser denne opdagelse mest som at give en bedre forståelse af materialernes grundlæggende egenskaber. Hans teams arbejde med at manipulere BNNT'er "giver en masse nye antydninger af egenskaber ved materialer i nanoskalaen, " han siger.

Udfordrende spørgsmål

Forskellene mellem, hvordan materialer opfører sig i bulk og i nanoskala "er typiske for den slags spørgsmål, der er udfordrende nu, " siger Bocquet, men i sidste ende kunne tillade udvikling af nanoelektromekaniske systemer og enheder. "Du kunne tænke dig at udtænke en slags nanosprøjte, " for eksempel, han siger. "På en eller anden måde grænsen er bare fantasi. "

Erio Tosatti, en professor i fysik ved International School for Advanced Studies i Trieste, Italien, som ikke var forbundet med denne forskning, siger, at denne forskning "viser, at struktur og geometri ikke er det eneste, der betyder noget for glidende spredning; ionicitet og elektroniske strukturforskelle gør det også." Han tilføjer, at denne rapport "sandsynligvis vil forblive som et benchmark, som vores fremtidige nanofriktionsteorier skal testes mod."

Udover Bocquet, arbejdet blev udført af Alessandro Siria - som udtænkte det apparat, der blev brugt i eksperimentet - Antoine Nigues, Pascal Vincent, og Philippe Poncharal, hele Université de Lyon. Det blev støttet af Det Europæiske Forskningsråd.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT -forskning, innovation og undervisning.