Новыя структуры вугляродных нанатрубак з гібрыднымі матэрыяламі, якія змяняюць іх выдатныя ўласцівасці

Такія вугляродныя нанатрубкі (ВНТ), фулерэны і графен уяўляюць цікавасць дзякуючы сваім унікальным фізічным уласцівасцям. Новае даследаванне даследуе патэнцыял гібрыдных нанаструктур і прадстаўляе новую сітаватую гібрыдную структуру графенавых ВНТ са значнымі цеплавымі і механічнымі ўласцівасцямі.

Гэта даследаванне паказвае, як можна змяніць важныя ўласцівасці новых гетэраструктур графенавых вугляродных нанаццюрных матэрыялаў шляхам нязначнай змены ўнутранага геаметрычнага размяшчэння вугляродных нанаццюрных матэрыялаў і графену, а таксама розных напаўняльнікаў.

Здольнасць дакладна кантраляваць цеплаправоднасць і механічную трываласць у гібрыдных структурах графенавых вугляродных нанапруткаў робіць іх патэнцыйна прыдатным кандыдатам для розных ужыванняў, асабліва ў перадавой аэракасмічнай вытворчасці, дзе вага і трываласць маюць вырашальнае значэнне.

Вугляродныя нанаструктуры: вугляродныя нанатрубкі, графен, фулерэны

Вугляродныя нанаструктуры і сумесі некалькіх вугляродных нанаструктур нядаўна былі даследаваны ў якасці патэнцыйных кандыдатаў для шматлікіх прымяненняў у сэнсарных, фотаэлектрычных, антыбактэрыйных тэхналогіях, назапашванні энергіі, паліўных элементах і паляпшэнні навакольнага асяроддзя.

Найбольш вядомымі вывучанымі вугляроднымі нанаструктурамі, відаць, з'яўляюцца вугляродныя нанатрубкі, графен і фулерэны. Дзякуючы сваім надзвычай малым памерам, гэтыя структуры дэманструюць унікальныя цеплавыя, механічныя, электронныя і біялагічныя ўласцівасці.

Структуры, вымераныя ў субнанаметровым дыяпазоне, дзейнічаюць у адпаведнасці са спецыяльнымі законамі квантавай фізікі, таму іх можна выкарыстоўваць для вывучэння неінтуітыўных з'яў, такіх як квантавае тунэляванне, квантавая суперпазіцыя і квантавая заблытанасць.

Вугляродныя нанатрубкі — гэта трубкі з вугляроду дыяметрам усяго некалькі нанаметраў. Вугляродныя нанатрубкі валодаюць выдатнай электраправоднасцю, а некаторыя з іх з'яўляюцца паўправадніковымі матэрыяламі.

Дзякуючы сваёй нанаструктуры і трываласці кавалентных сувязяў, якія ўтвараюцца паміж атамамі вугляроду, вугляродныя нанатрубкі таксама маюць высокую трываласць на расцяжэнне і цеплаправоднасць.

Вугляродныя нанатрубкі з'яўляюцца патэнцыйна каштоўнымі матэрыяламі для электронікі, оптыкі і кампазітаў, і яны могуць замяніць вугляродныя валокны ў бліжэйшыя некалькі гадоў. Нанатэхналогіі і матэрыялазнаўства таксама выкарыстоўваюць вугляродныя нанатрубкі ў сваіх даследаваннях.

Графен — гэта вугляродны ізамер у выглядзе аднаго пласта атамаў вугляроду, размешчаных у двухмернай рашотчатай структуры, якая складаецца з шасцікутнікаў. У 2004 годзе навукоўцы Эндру Гейм і Канстанцін Навасёлаў ва Універсітэце Манчэстэра ў Вялікабрытаніі ўпершыню вылучылі графен у серыі піянерскіх эксперыментаў, якія прынеслі ім Нобелеўскую прэмію па фізіцы ў 2010 годзе.

За дзесяцігоддзі, якія мінулі з таго часу, графен стаў карысным нанаматэрыялам з надзвычай высокай трываласцю на расцяжэнне, празрыстасцю і электраправоднасцю для шырокага і разнастайнага прымянення ў электроніцы, датчыках і іншых перадавых тэхналогіях.

Ілерэн — яшчэ адзін вугляродны ізамер, вядомы ўжо некаторы час. Яго малекула складаецца з атамаў вугляроду, злучаных адзінарнымі і двайнымі сувязямі ў сетку, якая можа быць замкнёнай або часткова замкнёнай. Сетка зліта ў кольца з пяці, шасці або сямі атамаў.

Малекулы фулерэну могуць быць полымі сферамі, эліпсоіднымі, трубчастымі або мець многія іншыя формы і памеры. Графен можна лічыць крайнім членам сямейства фулерэнаў, хоць ён лічыцца прадстаўніком свайго ўласнага класа матэрыялаў.

Гібрыдныя нанаструктуры

Акрамя шырокіх даследаванняў, накіраваных на разуменне і характарыстыку гэтых вугляродных нанаструктур паасобку, навукоўцы таксама вывучаюць уласцівасці гібрыдных нанаструктур, якія аб'ядноўваюць два або больш нанаструктураваных элементаў у адзін матэрыял.

Напрыклад,пенывалодаюць рэгуляванымі ўласцівасцямі, якія робяць іх прыдатнымі для практычнага прымянення, такога як праектаванне сэндвіч-канструкцый, біясумяшчальных канструкцый і праектаванне высокатрывалых, лёгкіх канструкцый.

Нанапенапласты на аснове вугляроду таксама выкарыстоўваюцца ў медыцыне для вывучэння пашкоджанняў костак і ў якасці асновы для замяшчэння касцяной тканіны.

Сотападобныя структуры на аснове вугляроду вырабляюцца метадам хімічнага асаджэння з паравой фазы (CVD) і апрацоўкі ў растворы. Для выкарыстання графена ў біялагічных і медыцынскіх мэтах таксама былі ўкаранёны метады іскравага плазменнага спякання (SPS).

Таму навукоўцы шукаюць спосабы зрабіць трохмерныя структуры з вугляроднай пены стабільнымі. Даследаванні паказалі, што для таго, каб зрабіць гэты матэрыял дастаткова стабільным для шырокага спектру прымянення, неабходна ўтварыць стабільныя сувязі паміж рознымі тыпамі структур (вугляроднымі нанатрубкамі, фулерэнамі і графенам).

Новыя даследаванні гібрыдных нанаструктур

Новае даследаванне інжынераў-механікаў Стамбульскага тэхнічнага ўніверсітэта ў Турцыі прадстаўляе новы тып гібрыднай нанаструктуры, утворанай шляхам хімічнай сувязі.

Порыстыя структуры вугляродных нанатрубак з графена ствараюцца шляхам арганізацыі графена вакол вугляродных нанатрубак у нанастужках. Розныя геаметрычныя размяшчэнні слаёў графенавых нанастужак вакол вугляродных нанатрубак (квадратныя, шасцігранныя і ромбападобныя ўзоры) прыводзяць да назірання розных фізічных уласцівасцей матэрыялу, што сведчыць аб тым, што гэтая геаметрычная перабудова можа быць выкарыстана для тонкай налады новых структур.

Даследчыкі выявілі, напрыклад, што структуры, у якія ўстаўлены фулерэны, праяўляюць значную стабільнасць на сціск і трываласць без шкоды для трываласці на расцяжэнне. Геаметрычнае размяшчэнне вугляродных нанаструктур таксама аказала значны ўплыў на іх цеплавыя ўласцівасці.

Даследчыкі сцвярджаюць, што гэтыя новыя гібрыдныя нанаструктуры прапануюць важныя перавагі, асабліва для аэракасмічнай прамысловасці. Нанаструктуры з гэтымі гібрыднымі структурамі таксама могуць быць выкарыстаны для захоўвання вадароду і нанаэлектронікі.