Forskere skyder carbon nanorør ud af højhastighedspistol (m/ video)

(Phys.org) - Hvad sker der, når du skyder multivæggede carbon -nanorør (MWCNT'er) ud af en pistol på et aluminiumsmål med en hastighed på mere end 15, 000 km / t? Forskere har endelig svaret. Hvis et nanorør når målet i en 90 ° vinkel (frontalt), det vil gå i stykker og deformere ganske drastisk. Imidlertid, hvis det er parallelt med målet ved påvirkning, nanorøret udpakkes, hvilket resulterer i et 2D grafen -nanoribbon. Denne observation er uventet, da tidligere simuleringer har vist, at nanorør brydes i stykker, når de udsættes for store mekaniske kræfter.

Forskere Sehmus Ozden, et al., ved Rice University i Houston, Texas, OS; statsuniversitetet i Campinas i Campinas, Brasilien; og Indian Institute of Science i Bangalore, Indien, har udgivet et papir om resultaterne af deres kraftige nanorørkollisionsforsøg i en nylig udgave af Nano bogstaver .

I deres undersøgelse, forskerne pakkede MWCNT'er som pellets i vakuumkammeret i en let gaspistol, en enhed, der almindeligvis bruges til hypervelocity -effektforsøg. Pellets var sammensat af for det meste uorienterede MWCNT -bundter, med hver pellet en kugleform.

Fordi det ikke var muligt direkte at observere virkningen på grund af nanorørens lille størrelse og høje hastighed, forskerne analyserede forskellene i nanorørene ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop før og efter påvirkningen for at udtrække nyttig information om, hvad der sker under påvirkning. De udførte også molekylære dynamiksimuleringer for bedre at forstå virkningen af ​​påvirkningen.

Selvom hvert bundt af nanorør (pelleten) blev skudt vinkelret på målet, de enkelte tilfældigt justerede nanorør påvirkede målet i forskellige vinkler. Forskerne fandt ud af, at slagvinklen har en stor effekt på resultaterne af kollisionen. I en 90 ° slagvinkel, nanorørene deformeres langs den radiale retning, i det væsentlige blive smadret som fronten på en bil i en frontalt sammenstød. Ved en slagvinkel på 45 °, nanorørene blev dels deformerede og dels af lynlås.

I en 0 ° vinkel, nanorørene blev fuldstændig pakket ud, da de blev skudt mod aluminiummålet. Forskerne forklarer, at udpakningen sker på skalaen af ​​femtosekunder. På den korte tid, mange atomer langs siden af ​​nanorøret bliver stresset på grund af påvirkningen, resulterer i brud på kulstofbindingerne i en lige linje langs siden af ​​nanorøret.

Ved 90 ° og 45 ° slagvinkler, på den anden side, færre atomer var involveret i påvirkningen, så stressen var mere koncentreret om færre atomer. Mange af disse atomer endte med at blive skubbet ud fra nanorøret, frem for at få deres bindinger pænt brudt som i 0 ° slagvinkelscenariet.

Udpakning af carbon nanorør for at oprette 2D grafen nanoribbons er meget nyttigt i nanovidenskab, men indtil nu er det typisk blevet opnået med kemiske kontaminanter, der efterlader forurenende stoffer. Ved at demonstrere for første gang, at nanorør hurtigt kan pakkes ud med mekaniske midler, den nye undersøgelse tilbyder en "clean-cut"-en ren, kemisk fri måde at producere grafen-nanoribbons i høj kvalitet. Som forskerne forklarede, grafen nanoribbons har visse fordele i forhold til både nanorør og grafen, der gør dem attraktive til applikationer.

"Graphene nanoribbons er gode kandidater til aktive materialer inden for elektronik, er kanalen for felt-effekt-transistorer, "fortalte medforfatter Dr. Robert Vajtai ved Rice University Phys.org . "De er bedre end carbon nanorør, da deres bandgap er mere forudsigelig. Også, de er bedre end selve grafen, da grafen ikke har nogen båndgap, men at lave en smal stribe af nanometer-skala af det åbner båndgabet på grund af kvanteindeslutning, så det er en halvleder. "

© 2014 Phys.org