211service.com
Aizmirstiet par grafēna un oglekļa nanocaurulēm, sagatavojieties dimanta nanovītnei
Paiet gandrīz nedēļa, lai kāds nepaziņotu par jaunu grafēna pielietojumu — oglekļa formu, kas rodas atsevišķās loksnēs ar vistas stieplēm līdzīgu struktūru (skatiet sadaļu Grafēna fotoelementu potenciāla izpētes padomi). Satiniet grafēna loksni caurulē, un tā veido oglekļa nanocauruli, vēl vienu brīnumainu materiālu ar daudziem pielietojumiem. Un ietiniet to tālāk bumbiņā un, nedaudz pārkārtojot saites, veido bumbiņas.
Tagad uz oglekļa bloka ir jauns bērns. Pagājušajā mēnesī komanda Pensilvānijas štata universitātē un citur paziņoja, ka ir radījusi cita veida oglekli, kas izpaužas kā viendimensijas dimanta kristāls, kas pārklāts ar ūdeņradi. Viņi šo jauno materiālu sauc par dimanta nanopavedienu.
Tas izraisīja satraukumu un radīja dažus interesantus jautājumus. Materiālu zinātniekus aizrauj dimanta nanovītnes potenciālās īpašības un to pielietojumi. Taču viens no bailēm ir tāds, ka šāds pavediens būtu tik trausls, ka tas saplīstu kā stikls jebkuras slodzes ietekmē, un tas ir īpašība, kas stipri ierobežotu tā izmantošanu.
Šodien mēs gūstam jaunu ieskatu dimanta nanopavedienos, pateicoties Haifei Zhan darbam Kvīnslendas Tehnoloģiju universitātē Austrālijā un dažiem draugiem. Šie puiši ir modelējuši pavedienus, izmantojot liela mēroga molekulārās dinamikas simulācijas. Un viņi secina, ka materiāls varētu būt daudzpusīgāks, nekā kāds domāja. Pastāv provizoriskas pazīmes, ka dimanta nanopavediens pats par sevi varētu būt jauns brīnumains materiāls.
Penn State komanda izgatavoja nanopavedienu no benzola molekulām, vienkāršiem oglekļa atomu gredzeniem. Nav grūti saprast, kā to kaudze var savienoties veidā, kas veido pavedienu.
Un tieši to izdarīja Penn State komanda. Viņi sakrauja molekulas līnijā, novietoja to zem spiediena, lai molekulas polimerizētos un, voila, izveidoja dimanta nanopavedienu.
Teorētiski tas izklausās vienkārši, bet sarežģītība rodas no tā, kā oglekļa atomi var savienoties. Ir iespējamas dažādas konfigurācijas, un jautājums, ko Žans un kopīgi pēta, ir tas, kā pavediena īpašības ir atkarīgas no šiem izkārtojumiem.
Jo īpaši Žans un kolēģi aplūko divas visizplatītākās konfigurācijas. Pirmais ir vienkāršs polimerizēts benzols - šo gredzenu kaudze, kas savienota kopā. Šī ir stingra molekula, kas kļūst arvien trauslāka, jo tā kļūst garāka. Jebkāda sarežģīta konstruēšana ar garām polibenzola daļām būtu kā mēģinājums šūt ar līdzīgiem termiski neapstrādātiem spageti.
Bet ir arī cita oglekļa atomu konfigurācija, kas pazīstama kā Stounvelsas defekti, un tie ir daudz kaļamāki. Patiešām, Stounvelsas defekti darbojas kā eņģes, kas savieno polibenzola sekcijas.
Zhan un co simulē, kā nanopavedienu īpašības mainās, palielinoties šo defektu blīvumam. Viņi secina, ka tad, kad blīvums pārsniedz noteiktu slieksni, pavediens pēkšņi mainās no trausla uz pilnīgi elastīgu - drīzāk kā atšķirība starp termiski neapstrādātiem un vārītiem spageti.
Tas ir interesants rezultāts. Tas nozīmē, ka nanovītnes īpašību var noregulēt, vienkārši kontrolējot Stounvelsas defektu blīvumu visā tā garumā. Tātad dažas vītnes daļas var padarīt stingras, bet citas ir pilnībā elastīgas.
Kā ar potenciālajiem lietojumiem? Tā ļoti pielāgojamā elastība kopā ar tā īpaši vieglo blīvumu un augsto Janga moduli padara dimanta nanovītni par ideālu īpaši spēcīgu trīsdimensiju nanoarhitektūras izveidei, saka Žans un citi.
Protams, šis darbs ir tikai simulācija. Gandrīz noteikti būs atšķirības starp tā prognozēm un dimanta nanopavedienu uzvedību reālajā pasaulē. Tātad nākamais solis būs materiālu zinātniekiem izveidot dažus nanopavedienu konstrukcijas komplektus un sākt reāli izmērīt šī materiāla īpašības.
Ņemot vērā milzīgo interesi par oglekļa arhitektūru un milzīgās naudas summas, kas tiek iepludinātas šajā jomā — Eiropas Savienībai vien ir viens miljards eiro pētniecības projekts, kas ir vērsts tikai uz grafēnu —, noteikti nepaies ilgs laiks, kad mēs redzēsim dimanta nanopavedienu miesā. un dažas no ārkārtējām lietojumprogrammām, kas tai būtu jāpadara iespējamas.
Atsauce: arxiv.org/abs/1511.01583 : no trausliem līdz kaļamiem: no struktūras atkarīga dimanta nanovītnes elastība