ett cylindriskt nätverk av molekyler som kallas kolnanorör - väcker stor uppmärksamhet från branschforskare nuförtiden.

Kolnanorör (CNT) kan appliceras som tillsatser till olika strukturella material genom en process som kallas adsorption, där de används för att modifiera ytan på industrimaterial för att uppnå vissa egenskaper, såsom vattenavvisande beläggningar för bilrutor och hydrofila beläggningar för kontaktlinser. Denna potential har väckt intresse från branschforskare inom många områden, såsom flyg-/marinmaterial, nano-elektriska produkter, optiska enheter, kemiska sensorer, katalysatorstöd, vatten/gasbehandlingar, läkemedelsbärare och konstgjorda vävnader.

CNT består av samma element som diamanter men med ett annat strukturarrangemang, och har enastående värme, mekaniska och elektriska egenskaper. Enskilda nanorör anpassar sig naturligt till cylindriska "rep" som hålls samman av van der Waals krafter, attraktionskrafterna som finns bland atomer, molekyler och ytor och orsakas av korrelationer i fluktuerande polaritet hos andra närliggande partiklar.

Sadhan C.Jana, Ph.D., professor i polymerteknik vid University of Akron (UA), har studerat dessa molekylers intressanta egenskaper genom att simulera dessa mikroskopiska strukturer med hjälp av de kraftfulla systemen från Ohio Supercomputer Center (OSC).

"Det största hindret för att förverkliga CNT:s fulla potential är agglomeratbildning på grund av van der Waals och elektrostatiska interaktioner mellan enskilda CNT -partiklar, "förklarade Jana." Forskare har tagit fram flera metoder för att försvaga sådana interaktioner. "

Två viktiga tillvägagångssätt följs vid applicering av CNT på materialytor-kovalent och icke-kovalent funktionalisering. I kovalent funktionalisering, kemiska bindningar bildas med ytkolatomerna, en process som ofta förändrar de grafitiska egenskaperna hos CNT och äventyrar molekylens elektriska konduktivitet och mekaniska styrka. I kontrast, icke-kovalent funktionalisering använder unikt designade bindningsmolekyler, ett molekylärt segment som hjälper till att förbättra stabiliteten hos CNT genom att skapa "band" mellan CNT:er och polymerkedjor eller lösningsmedelsmolekyler för att ge exceptionell seghet, slagmotstånd och motståndskraft mot sprickbildning.

"Simuleringarna av polymera nanokompositer i lösning är CPU-intensiva uppgifter, "sa Jie Feng, en postdoktor som arbetar med Jana vid UA. "I vårt tillvägagångssätt, upplösningen av simulering ökas för de delar som är av yttersta vikt, till exempel, fenomenen vid eller nära nanorörytorna, medan låg upplösning används för simulering av systemets delar, såsom rörelse av lösningsmedelsmolekyler. "

Jana och Feng genomförde simuleringar av vidhäftande bindningsmolekyler på materialytor och fick uppskattningar av förbättrade mekaniska egenskaper och värmeledningsförmåga. Deras forskning fokuserar på att få en grundläggande förståelse för mekanismen för fysisk överföring-eller "adsorption"-av sådana bindningsmolekyler från lösningar på ytor av flerväggiga kolnanorör (MWCNT). Bindmolekylerna kan innefatta polymerer, ytaktiva ämnen eller biopolymerer. CNT:erna som behandlas med bindningsmolekylerna kan användas vid tillverkning av sensorer och anordningar eller kan blandas med värdpolymererna för att skapa bulkpolymerkompositer.

Akron-forskarna samarbetar med experimenter på ett par Ohio-baserade företag, Zyvex Technologies och PolyOne Corporation, att genomföra denna forskning. Utredarna tror att deras forskning kommer att ge industrin vägledning och teoretiska förklaringar för att hjälpa till med utvecklingen av bindningsmolekyler och mervärdekompositmaterial för fordon, applikationer inom marin- och rymdindustrin.

"Med den här statens rika tillverkningshistoria, avancerade material är en naturlig passform för personalen och resurserna i Ohio Supercomputer Center, "noterade Ashok Krishnamurthy, interim co-executive director of OSC. "Dr Janas kolnanorörsforskning är extremt väl lämpad för våra system och har stor potential att hjälpa till att främja Ohio-industrins rykte som en som konkurrerar i framkant."

OSC -system är särskilt väl lämpade för industriella forskningsapplikationer. Centret skapade det internationellt erkända Blue Collar Computing ™ -programmet 2004 för att främja industrins användning av superdatorer. Tillgång till kraftfull modellering, simulerings- och analysresurser ger företag en konkurrensfördel genom förbättrade tillverkningsprocesser som kan minska tiden, arbetskraft och kostnad som krävs för att få produkterna till marknaden. Under räkenskapsåret 2011, industrin förbrukade nästan 1,5 miljoner CPU -timmar på OSC:s flaggskepp Glenn IBM 1350 Opteron -kluster.