Forskare från Moskva institutet för fysik och teknik (MIPT), Teknologiskt institut för superhårda och nya kolmaterial (TISNCM), Lomonosov Moscow State University (MSU), och National University of Science and Technology MISiS har visat att ett ultra-+starkt material kan produceras genom att ”smälta” flera väggkolnanorör tillsammans. Forskningsresultaten har publicerats i Tillämpad fysikbokstäver .

Enligt forskarna, ett sådant material är tillräckligt starkt för att klara mycket hårda förhållanden, gör den användbar för applikationer inom flygindustrin, bland andra.

Författarna till tidningen utförde en rad experiment för att studera effekten av högt tryck på multiväggs kolnanorör (MWCNT). Dessutom, de simulerade nanorörsbeteende i högtrycksceller, att finna att skjuvspänningsbelastningen i MWCNTs ytterväggar får dem att ansluta till varandra som ett resultat av de strukturella omläggningarna på deras yttre ytor. De inre koncentriska nanorören, dock, behåller sin struktur helt - de krymper helt enkelt under tryck och återställer sin form när trycket släpps.

Huvuddragen i denna studie är att den visar möjligheten att kovalent mellanrörsbindning ger upphov till sammankopplade (polymeriserade) multiväggs nanorör; dessa nanorör är billigare att producera än sina enväggiga motsvarigheter.

"Dessa anslutningar mellan nanorören påverkar bara strukturen på ytterväggarna, medan de inre skikten förblir intakta. Detta gör att vi kan behålla den anmärkningsvärda hållbarheten hos de ursprungliga nanorören, "säger professor Mikhail Y. Popov vid institutionen för molekylär och kemisk fysik vid MIPT, som leder laboratoriet för funktionella nanomaterial vid TISNCM.

En diamantstävercell (SDAC) för skjuvning användes för tryckbehandlingen av nanorören. Experimenten utfördes vid tryck upp till 55 GPa, vilket är 500 gånger vattentrycket i botten av Mariana Trench. Cellen består av två diamanter, mellan vilka prover av ett material kan komprimeras. SDAC skiljer sig från andra celltyper genom att den kan applicera en kontrollerad skjuvdeformation på materialet genom att rotera ett av städet. Provet i en SDAC utsätts således för tryck som har både en hydrostatisk och en skjuvkomponent. Med hjälp av datasimuleringar, forskarna fann att dessa två typer av stress påverkar rörens struktur på olika sätt. Den hydrostatiska tryckkomponenten förändrar nanorörväggarnas geometri på ett komplext sätt, medan skjuvspänningskomponenten inducerar bildandet av sp ³ -hybridiserade amorfiserade områden på ytterväggarna, ansluta dem till de närliggande kolrören med hjälp av kovalent bindning. När stressen avlägsnas, formen på de inre skikten på de anslutna flerväggsrören återställs.

Kolnanorör har ett brett utbud av kommersiella tillämpningar på grund av deras unika mekaniska, värme- och ledningsegenskaper. De används i batterier och ackumulatorer, pekskärmar för surfplatta och smartphone, solceller, antistatiska beläggningar, och sammansatta ramar inom elektronik.