(Phys.org) - Vad händer när du skjuter flerväggiga kolnanorör (MWCNT) ur en pistol på ett aluminiummål med en hastighet av mer än 15, 000 km / h? Forskare har äntligen svaret. Om en nanorör når målet i 90 ° vinkel (head-on), det kommer att gå sönder och deformeras ganska drastiskt. Dock, om det är parallellt med målet vid påverkan, nanoröret kommer att packa upp, vilket resulterar i ett 2D grafen -nanoribon. Denna observation är oväntad, eftersom tidigare simuleringar har visat att nanorör bryts i bitar när de utsätts för stora mekaniska krafter.

Forskare Sehmus Ozden, et al., vid Rice University i Houston, Texas, USA; State University of Campinas i Campinas, Brasilien; och Indian Institute of Science i Bangalore, Indien, har publicerat ett papper om resultaten av deras kraftfulla nanorörkollisionsexperiment i ett nyligen utgåva av Nano bokstäver .

I deras studie, forskarna packade MWCNT som pellets i vakuumkammaren i en lätt gaspistol, en enhet som vanligtvis används för experiment med hypervelocitypåverkan. Pellets bestod av mestadels icke -orienterade MWCNT -buntar, varvid varje pellet har en sfärisk form.

Eftersom det inte var möjligt att direkt observera påverkan på grund av nanorörens lilla storlek och höga hastighet, forskarna analyserade skillnaderna i nanorör med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop före och efter påverkan för att extrahera användbar information om vad som händer under påverkan. De utförde också molekylära dynamiksimuleringar för att bättre förstå effekten av påverkan.

Även om varje bunt nanorör (pelleten) sköts vinkelrätt mot målet, de enskilda slumpmässigt inriktade nanorören påverkade målet i olika vinklar. Forskarna fann att slagvinkeln har stor effekt på kollisionsresultaten. I en 90 ° slagvinkel, nanorören deformeras längs den radiella riktningen, i huvudsak krossas som fronten på en bil i en frontalkrock. Vid en slagvinkel på 45 °, nanorören blev delvis deformerade och delvis uppackade.

I en vinkel på 0 °, nanorören släpptes helt upp när de sköts mot aluminiummålet. Forskarna förklarar att uppackningen sker på femtosekunds skala. På den korta tiden, många atomer längs sidan av nanoröret blir stressade på grund av påverkan, vilket leder till att kolbindningarna bryts i en rak linje längs sidan av nanoröret.

Vid slagvinklarna 90 ° och 45 °, å andra sidan, färre atomer var inblandade i påverkan, så stressen var mer koncentrerad till färre atomer. Många av dessa atomer slogs ut från nanoröret, snarare än att ha sina bindningar snyggt brutna som i 0 ° slagvinkelscenariot.

Att lossa upp nanorör av kol för att skapa 2D -grafen -nanoribb är mycket användbart inom nanovetenskap, men hittills har det vanligtvis uppnåtts med kemiska föroreningar som lämnar tillbaka föroreningar. Genom att för första gången visa att nanorör snabbt kan packas upp med mekaniska medel, den nya studien erbjuder en "clean-cut"-en ren, kemikaliefritt sätt att producera grafen-nanoribon av hög kvalitet. Som forskarna förklarade, grafen nanoribb har vissa fördelar jämfört med både nanorör och grafen som gör dem attraktiva för applikationer.

"Graphene nanoribbons är bra kandidater för aktiva material inom elektronik, är kanalen för fälteffekttransistorer, "berättade medförfattaren Dr. Robert Vajtai vid Rice University Phys.org . "De är överlägsna kolnanorör, eftersom deras bandgap är mer förutsägbart. Också, de är överlägsna själva grafen eftersom grafen inte har någon bandgap, men genom att göra en smal rand av nanometer skala öppnar det bandgapet på grund av kvantinhållning, så det är en halvledare. "

© 2014 Phys.org