Superman kan berömt göra en diamant genom att krossa en bit kol i handen, men forskarna vid Rice University använder en annan taktik.

Rismaterialforskare tillverkar nanodiamanter och andra former av kol genom att krossa nanorör mot ett mål i höga hastigheter. Nanodiamonds kommer inte att göra någon rik, men processen att göra dem kommer att berika kunskapen hos ingenjörer som konstruerar strukturer som motstår skador från höghastighetspåverkan.

Diamanterna är resultatet av en detaljerad studie om ballistisk sprickbildning av kolnanorör med olika hastigheter. Resultaten visade att sådana höga energipåverkan fick atombindningar i nanorören att brytas och ibland rekombineras till olika strukturer.

Arbetet leds av laboratorier av materialforskare Pulickel Ajayan vid Rice och Douglas Galvao vid State University of Campinas, Brasilien, är avsett att hjälpa rymdingenjörer att designa ultralätta material för rymdfarkoster och satelliter som tål stötar från höghastighetsprojektiler som mikrometeoriter.

Forskningen visas i American Chemical Society journal ACS -tillämpade material och gränssnitt .

Att veta hur nanorörens atombindningar kan rekombineras kommer att ge forskare ledtrådar för att utveckla lättviktsmaterial genom att omarrangera dessa bindningar, sa medledande författare och Rice-doktorand Sehmus Ozden.

"Satelliter och rymdfarkoster riskerar olika destruktiva projektiler, såsom mikrometeoriter och orbitalrester, "Ozden sa." För att undvika denna typ av destruktiv skada, vi behöver lätta, flexibla material med extraordinära mekaniska egenskaper. Kolnanorör kan erbjuda en verklig lösning. "

Forskarna packade flerväggiga kolnanorör i sfäriska pellets och sköt dem mot ett aluminiummål i en tvåstegs lättgaspistol vid Rice, och analyserade sedan resultaten från påverkan vid tre olika hastigheter.

Vid vad forskarna ansåg en låg hastighet på 3,9 kilometer per sekund, ett stort antal nanorör befanns förbli intakta. Vissa överlevde till och med högre hastigheter på 5,2 kilometer per sekund. Men mycket få hittades bland prover som krossades med en hypervelocity på 6,9 kilometer per sekund. Forskarna fann att många, om inte alla, av nanorören delas upp i nanoribb, bekräftar tidigare experiment.

Medförfattare Chandra Sekhar Tiwary, en postdoktor i Rice, noterade att de få nanorör och nanoribbon som överlevde påverkan ofta svetsades ihop, som observerats i transmissionselektronmikroskopbilder.

"I vår tidigare rapport, vi visade att kolnanorör bildar grafen -nanoribbon vid hypervelocity -påverkan, "Tiwary sa." Vi förväntade oss att få svetsade kol -nanostrukturer, men vi blev förvånade över att observera nanodiamond också. "

Nanorörens orientering både mot varandra och i förhållande till målet och antalet rörväggar var lika viktigt för de slutliga strukturerna som hastigheten, Sa Ajayan.

"Det nuvarande arbetet öppnar ett nytt sätt att göra nanosize-material med höghastighetspåverkan, "sa författarförfattaren Leonardo Machado från Brasilien.