Углеродные нанотрубки: изучен механизм формирования упорядоченных структур

Углеродные нанотрубки (УНТ) – это микроскопические тубулярные структуры, которые выращиваются инженерами в высокотемпературных печах. Факторы, оказывающие влияние на образование УНТ-структур, известных как массивы, непредсказуемы. Недавние исследования ученых из университета Миссури пролили свет на механизм формирования этих сложных структур. Данная тема очень актуальна в настоящее время, поскольку понимание механизма формирования массивов УНТ позволит разработчикам и инженерам адаптировать этот уникальный по своим свойствам материал для широкого использования в аэрокосмической, оборонной отраслях, а также в качестве компьютерных логических компонентов и микродатчиков для медицины.

Толщина УНТ гораздо меньше, чем толщина человеческого волоса и, естественно, что массивы образуются из большого количества трубок. Эти структуры, удерживающиеся вместе силами Ван-дер-Ваальса, разделяются на две категории по степени жесткости или упорядоченности. Например, если углеродные нанотрубки являются плотными и упорядоченными, материал будет более жестким и может быть полезен для электрических и механических применений. Если УНТ неупорядоченные, они, как правило, мягче и обладают совершенно разными наборами свойств.

По словам доцента кафедры механической и аэрокосмической инженерии Мэтта Мэшманна, ученые до сих пор озадачены тем, каким образом формируются массивы УНТ. Если они растут в относительно плотном окружении, механические силы объединяют их в вертикально ориентированные структуры, известные как леса или массивы. Сложные структуры, которые они образуют, и определяют свойства будущих УНТ массивов. Работа ученых была направлена на поиск механизма формирования массивов, чтобы в будущем иметь возможность контролировать их формирование и, таким образом, создавать материалы с необходимыми свойствами.

В настоящее время большинство моделей, которые исследуют УНТ массивы, анализируют их реакцию на сжатие в процессе формирования и некоторые другие свойства уже сформированных массивов, например, тепло- и электропроводность, но эти модели не учитывают процессы, благодаря которым эти структуры формируются. Эксперименты, проведенные в лаборатории Мэшманна, и предшествующее им компьютерное моделирование помогут ученым понять процесс и в конечном итоге — контролировать его, что позволит инженерам создавать УНТ массивы с заданными механическими, тепловыми и электрическими свойствами.