eng
Просмотры: 1020
08.11.2016
Исследователи из МФТИ, ТИСНУМ, МГУ и МИСиС показали возможность изготовления сверхпрочного материала путем «сшивания» многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ).
Изучение поведения МУНТ в ячейках высокого давления показало, что под действием сжимающих напряжений соседние трубки прочно «склеиваются» между собой. При этом их поверхность повреждается, однако внутренние концентрические стенки трубки только уменьшаются в размерах, а при снятии давления полностью восстанавливают свою форму. «На образование связей между нанотрубками "расходуется" внешняя оболочка, в то время как внутренние слои оказываются незатронутыми. Это позволяет сохранить уникальную прочность исходных нанотрубок», – комментирует Михаил Попов, профессор Кафедры физики и химии наноструктур МФТИ и заведующий Лабораторией функциональных наноматериалов ТИСНУМ. Особенность работы состоит в том, что ученые показали возможность создания ковалентно связанных между собой (полимеризованных) МУНТ, которые намного дешевле в производстве, чем одностенные нанотрубки.
МУНТ сжимались в сдвиговой камере с алмазными наковальнями при давлении до 55 ГПа (в 500 раз больше, чем давление воды на дне Марианской впадины). Создающееся в таких камерах давление можно разложить на две компоненты: гидростатическое (перпендикулярное поверхности образца) и напряжение сдвига (касательное). С помощью компьютерного моделирования ученые установили, что эти компоненты деформируют структуру трубок по-разному. Гидростатическое давление сжимает трубку и меняет сложным образом геометрию ее стенок, а сдвиговое напряжение переводит поверхностные атомы углерода в новое состояние (из sp2- в sp3-гибридизацию), и они «склеиваются» с атомами углерода соседних трубок. После снятия давления внутренние стенки сшитых трубок восстанавливают свою форму.
Последовательно «склеивая» МУНТ, можно получить сверхпрочную ткань и более плотные материалы, которые будут превосходить по прочности и легкости лучшие виды авиационных и космических материалов.
МУНТ сжимались в сдвиговой камере с алмазными наковальнями при давлении до 55 ГПа (в 500 раз больше, чем давление воды на дне Марианской впадины). Создающееся в таких камерах давление можно разложить на две компоненты: гидростатическое (перпендикулярное поверхности образца) и напряжение сдвига (касательное). С помощью компьютерного моделирования ученые установили, что эти компоненты деформируют структуру трубок по-разному. Гидростатическое давление сжимает трубку и меняет сложным образом геометрию ее стенок, а сдвиговое напряжение переводит поверхностные атомы углерода в новое состояние (из sp2- в sp3-гибридизацию), и они «склеиваются» с атомами углерода соседних трубок. После снятия давления внутренние стенки сшитых трубок восстанавливают свою форму.
Последовательно «склеивая» МУНТ, можно получить сверхпрочную ткань и более плотные материалы, которые будут превосходить по прочности и легкости лучшие виды авиационных и космических материалов.
Комментарии читателей
