Deformation af nanorør til kontrol af konduktivitet

Forskere fra NUST MISIS Laboratory of Uorganic Nanomaterials og internationale kolleger har bevist, at det er muligt at ændre de strukturelle og ledende egenskaber ved nanorør ved at strække dem. Dette fund har anvendelser inden for elektronik og højpræcisionssensorer, såsom mikroprocessorer og detektorer. Forskningsartiklen er blevet offentliggjort i Ultramikroskopi .

Carbon nanorør kan repræsenteres som et ark grafen, der er rullet på en særlig måde. Der er forskellige måder at folde det på, hvilket resulterer i, at grafenkanterne forbinder hinanden i forskellige vinkler, danner enten lænestol, zigzag eller chirale nanorør (fig. 1).

Nanorør anses for at være lovende materialer til brug i elektronik og sensorer, fordi de har høj elektrisk ledningsevne, hvilket ville fungere godt i ting som mikroprocessorer og højpræcisionsdetektorer. Imidlertid, det er svært at kontrollere deres ledningsevne under produktionen. Nanorør med metalliske og halvledende egenskaber kan vokse til et enkelt array, mens mikroprocessorbaseret elektronik kræver halvledende nanorør, der har de samme egenskaber.

Forskere fra NUST MISIS Laboratory of Uorganic Nanomaterials, sammen med et forskerhold fra Japan, Kina og Australien, ledet af professor Dmitri Golberg, har foreslået en metode, der gør det muligt at ændre strukturen af ​​færdige nanorør og dermed ændre deres ledende egenskaber.

"Grundlaget for nanorøret - et foldet lag af grafen - er et gitter med regelmæssige sekskanter, hvis hjørner er kulstofatomer. Hvis en af ​​kulstofbindingerne i nanorøret drejes 90 grader, en femkant og en heptagon dannes ved dette [kryds] i stedet for en sekskant, og en såkaldt Stone-Wales defekt opnås i dette tilfælde. En sådan defekt kan forekomme i strukturen under visse betingelser.

"Tilbage i slutningen af ​​90'erne, det blev forudsagt, at migrationen af ​​denne defekt langs væggene i et stærkt opvarmet nanorør med anvendelse af mekanisk belastning kunne føre til en ændring i dens struktur - en sekventiel ændring i nanorørets kiralitet, hvilket fører til en ændring i dets elektroniske egenskaber. Der er ikke tidligere opnået eksperimentelt bevis for denne hypotese, men vores forskningsartikel har fremlagt overbevisende beviser for det, "sagde lektor Pavel Sorokin, leder af infrastrukturprojektet Theoretical Materials Science of Nanostructures på NUST MISIS Laboratory of Uorganic Nanomaterials.

Forskere fra NUST MISIS Laboratory of Uorganic Nanomaterials har udført simuleringer af eksperimentet på atomniveau. I starten nanorørene blev forlænget for at danne den første strukturelle defekt bestående af to femkanter og to heptagoner (en Stone-Wales defekt, 2a), hvor den forlængede forlængelse af røret begyndte at "sprede sig" til siderne, omarrangere andre carbonbindinger (fig. 2b). Det var på dette stadium, at strukturen af ​​nanorørene ændrede sig. Med yderligere strækning, flere og flere Stone-Wales-defekter begyndte at dannes, til sidst fører til en ændring i nanorørets ledningsevne (fig. 2).

"Vi var ansvarlige for den teoretiske modellering af processen på en supercomputer i NUST MISIS -laboratoriet for modellering og udvikling af nye materialer til den eksperimentelle del af arbejdet. Vi er glade for, at simuleringsresultaterne [understøtter] de eksperimentelle data, "tilføjede Dmitry Kvashnin, medforfatter til forskningsarbejdet, Kandidat for fysiske og matematiske videnskaber og forsker ved NUST MISIS Laboratory of Uorganic Nanomaterials.

Den foreslåede teknologi er i stand til at hjælpe med transformationen af ​​"metallisk" nanorørstruktur til yderligere anvendelse i halvlederelektronik og sensorer, såsom mikroprocessorer og ultrafølsomme detektorer.