(Phys.org) – Kolnanorör (CNT) är kända för sin tunnhet, med diametrar så små som 3 ångström (Å), eller 0,3 nm. Man tror allmänt att ultratunna CNT med diametrar mindre än 3 Å är instabila eftersom, i den skalan, bindningarna som håller ihop atomerna blir förvrängda och leder till kollaps. Än så länge, den tunnaste av dessa CNT – de som är tunnare än 4 Å – har endast hittats instängda i en tjockare CNT. I en ny studie, forskare har presenterat simuleringar som visar att en CNT med en ytterdiameter på bara 3,2 Å teoretiskt sett kan existera utan instängning och förbli stabil vid temperaturer upp till 1000 K, vilket skulle göra det till en av de tunnaste CNT som någonsin syntetiserats.

Forskarna, Eduardo Menéndez-Proupin från det autonoma universitetet i Madrid och universitetet i Chile; Ana L. Montero-Alejo från det autonoma universitetet i Madrid och universitetet i Havanna; och José M. García de la Vega från det autonoma universitetet i Madrid, har publicerat sin studie i ett färskt nummer av Fysiska granskningsbrev .

"Det finns rapporter om CNTs 3 ångström tunna inneslutna i en tjockare CNT, " berättade Menéndez-Proupin Phys.org . "Vår CNT kan vara den tunnaste som kan existera fristående."

Som forskarna förklarar, den ultratunna CNT som de undersökt resultat från avslappning-eller bindningsbrytning-av en CNT gjord av ett grafenark som skärs och lindas på ett visst sätt, som definieras av dess kiralitet. I detta fall, den ursprungliga CNT har kiralitet (2, 1), en diameter på 2 Å, och är instabil.

Genom att bryta vissa bindningar i detta specifika CNT, forskarna visade teoretiskt att den resulterande strukturen blir stabil i vakuum, bildar en 3,2-Å-tjock, icke-standardiserad CNT. På grund av de brutna banden, den nya CNT består av ringar som vardera är gjorda av 8 och 10 atomer. Följaktligen, forskarna namngav denna struktur CNT10R, efter 10-atomsringarna.

Simuleringarna avslöjade att 10-atoms ringar tillsammans med mindre ringar bildar en dubbel helix, liknande DNA -strukturen, med omväxlande singel, dubbel, och trippelbindningar. Med Quantum ESPRESSO -programvara, forskarna beräknade det nya nanorörets optiska och elektroniska egenskaper, som skiljer sig markant från standard CNT, nanoribbons, och grafenark. Istället, CNT10R:s egenskaper liknar de för linjära kolkedjor, tyder på att strukturen kan ses som ett par tvinnade kedjor.

"Alla kända nanorör har formen av ett bikakegitter (grafen) rullat, och alla atomer är trefaldiga koordinerade, "Menéndez-Proupin sa." De minsta ringarna är 6-lediga. Strukturerna har vakanser och andra defekter, men detta är minoriteten av atomer och representerar i allmänhet en ökning av energi. CNT10R har inga 6-ledade ringar, är periodisk och stabil. Den visar alla typer av bindningar. IR- och Raman -spektra skiljer sig ganska mycket från standard CNT och grafen. Trippelbindningen är inte frekvent i kolstrukturer. Närvaron av trippelbindningar kan underlätta specifika kemiska reaktioner som inte är möjliga i andra CNT."

Att känna till dessa egenskaper kan hjälpa forskare experimentellt att hitta eller syntetisera den nya strukturen i framtiden. En möjlig väg för syntes kan innebära att odla strukturen inuti en större CNT, vilket kan vara mer tekniskt genomförbart än att odla en fristående, tills vidare.

"Syntes kan vara möjlig med befintlig teknik, även om detta inte skulle vara fristående, Menéndez-Proupin sa. "Det kan ha syntetiserats av en slump, men det har inte identifierats. Det skulle kunna identifieras i befintliga prover om en rörformad struktur observeras med mikroskopi och samma struktur producerar ett konstigt spektrum som liknar våra förutsägelser."

Copyright 2012 Phys.org
Alla rättigheter förbehållna. Detta material får inte publiceras, utsända, omskrivs eller omdistribueras helt eller delvis utan uttryckligt skriftligt tillstånd från PhysOrg.com.