CHAPEL HILL - Углеродные трубки настолько тонкие, что для покрытия дюйма потребуется несколько миллионов лежащих рядом друг с другом, демонстрирующих такую замечательную гибкость, прочность и упругость, что промышленность должна иметь возможность использовать их в высокоэффективных спортивных и аэрокосмических материалах, согласно новым экспериментам.. Ученые считают, что многие другие продукты также можно сделать более прочными и, возможно, более безопасными.
Исследование, проведенное в Университете Северной Каролины в Чапел-Хилле, впервые использовало уникальный компьютеризированный микроскоп для изгиба и регистрации свойств углеродных нанотрубок.
Исследователи создают материалы - разновидность сажи - путем создания электрической дуги между двумя стержнями углерода. Около шести лет назад японский ученый Сумио Иидзима обнаружил крошечные трубки, которые оказались лучше и прочнее любого другого известного вещества.
«Углеродные нанотрубки - это новый материал, который ученые всего мира интенсивно изучают, - сказал Майкл Р. Фальво из UNC-CH. «Мы обнаружили, что при больших напряжениях они обладают исключительным свойством быть одним из самых жестких известных материалов, а также способны изгибаться, не ломаясь, а затем сгибаться обратно в свою первоначальную форму. Это уникально».
Фальво - докторант, работающий под руководством доктора Ричарда Суперфайна, доцента кафедры физики и астрономии.
Отчет об исследовании появляется на обложке номера журнала Nature за четверг (9 октября). Помимо Falvo и Superfine, авторами доклада являются аспирант Грегори Дж. Клэри; Рассел М. Тейлор II, доцент кафедры компьютерных наук; Вернон Чи, директор лаборатории систем микроэлектроники; доктор Фредерик П. Брукс-младший, Кенан, профессор компьютерных наук; и доктор Шон Уошберн, профессор физики и астрономии.
Ученые UNC-CH использовали устройство, которое они изобрели и назвали thenanoManipulator, чтобы согнуть чрезвычайно легкие нанотрубки, а затем измерить кривизну изгибов. Они также изучали деформацию трубок - деформировались ли они под давлением, как соломинки для питья в руках ребенка, и оставались ли они согнутыми и поврежденными.
«Мы обнаружили, что большая часть изгиба была обратимой, и это интересно, потому что раньше об этом не было известно», - сказал Фальво. «Даже после многократного изгиба и выпрямления нанотрубок они не сломались. На самом деле, мы никогда не наблюдали, чтобы трубка вышла из строя после многократного изгиба».
Уникальный наноманипулятор сочетает в себе имеющийся в продаже атомно-силовой микроскоп с системой виртуальной реальности с силовой обратной связью. В первом используется зонд атомарного размера, способный сгибать и иным образом манипулировать частицами размером с молекулу. Последний позволяет ученым увидеть и ощутить изображение поверхности, в миллион раз превышающее ее реальный размер.
Углеродные волокна уже используются в теннисных ракетках и других изделиях из графитового композита из-за их прочности и легкости, сказал Фалво. Эксперименты UNC-CH показывают, что углеродные нанотрубки значительно прочнее углеродных волокон и в сотни раз прочнее стали.