Tryksvejsning nanorør skaber ultrastærkt materiale

Forskere fra Moskva Institut for Fysik og Teknologi (MIPT), Teknologisk Institut for Superhard and Novel Carbon Materials (TISNCM), Lomonosov Moscow State University (MSU), og National University of Science and Technology MISiS har vist, at et ultra-+stærkt materiale kan fremstilles ved at "smelte" flervæggede kulstofnanorør sammen. Forskningsresultaterne er offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver .

Ifølge forskerne, et materiale af den slags er stærkt nok til at tåle meget barske forhold, gør det nyttigt til applikationer i rumfartsindustrien, blandt andre.

Forfatterne af papiret udførte en række eksperimenter for at studere effekten af ​​højt tryk på multiwall carbon nanorør (MWCNT'er). Ud over, de simulerede nanorørs adfærd i højtryksceller, at finde, at forskydningsspændingen i de ydre vægge af MWCNT'erne får dem til at forbinde sig med hinanden som følge af de strukturelle omlejringer på deres ydre overflader. De indre koncentriske nanorør, imidlertid, bevarer deres struktur fuldstændigt - de krymper simpelthen under tryk og genopretter deres form, når trykket er udløst.

Hovedtræk ved denne undersøgelse er, at den demonstrerer muligheden for kovalent interrørbinding, der giver anledning til indbyrdes forbundne (polymeriserede) flervæggede nanorør; disse nanorør er billigere at producere end deres enkeltvæggede modstykker.

"Disse forbindelser mellem nanorørene påvirker kun strukturen af ​​ydervæggene, hvorimod de indre lag forbliver intakte. Dette giver os mulighed for at bevare den bemærkelsesværdige holdbarhed af de originale nanorør, " siger prof. Mikhail Y. Popov fra Institut for Molekylær og Kemisk Fysik ved MIPT, der leder Laboratory of Functional Nanomaterials på TISNCM.

En forskydningsdiamantamboltcelle (SDAC) blev brugt til trykbehandling af nanorørene. Forsøgene blev udført ved tryk på op til 55 GPa, hvilket er 500 gange vandtrykket i bunden af ​​Marianergraven. Cellen består af to diamanter, mellem hvilke prøver af et materiale kan komprimeres. SDAC'en adskiller sig fra andre celletyper ved, at den kan anvende en kontrolleret forskydningsdeformation på materialet ved at rotere en af ​​amboltene. Prøven i en SDAC udsættes således for tryk, der både har en hydrostatisk og en forskydningskomponent. Ved hjælp af computersimuleringer, forskerne fandt ud af, at disse to typer stress påvirker strukturen af ​​rørene på forskellige måder. Den hydrostatiske trykkomponent ændrer geometrien af ​​nanorørets vægge på en kompleks måde, hvorimod forskydningsspændingskomponenten inducerer dannelsen af ​​sp ³ -hybridiserede amorfiserede områder på ydervæggene, forbinder dem med de nærliggende kulstofrør ved hjælp af kovalent binding. Når stressen fjernes, formen af ​​de indre lag af de tilsluttede flervægsrør genoprettes.

Carbon nanorør har en bred vifte af kommercielle anvendelser i kraft af deres unikke mekaniske, termiske og ledende egenskaber. De bruges i batterier og akkumulatorer, touchskærme til tablet og smartphone, solceller, antistatiske belægninger, og kompositrammer i elektronik.