Исследователи из МФТИ, ТИСНУМ, МГУ и МИСиС разработали технологию изготовления сверхпрочного материала путём «сшивания» многостенных углеродных нанотрубок, сообщает пресс-служба МФТИ. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

В процессе исследования ученые сжимали нанотрубки в сдвиговой камере с алмазными наковальнями при высоком давлении — до 55 ГПа (это в 500 раз больше, чем давление воды на дне Марианской впадины). Сдвиговая камера состоит из двух алмазов, сжимающих и вращающих исследуемый материал. Создающееся в этих камерах давление можно разложить на две компоненты: гидростатическое (всестороннее, перпендикулярное поверхности образца) и напряжение сдвига (касательное). Авторы провели ряд экспериментов по изучению многостенных углеродных нанотрубок в ячейках высокого давления, смоделировали их поведение и обнаружили, что под действием сжимающих напряжений соседние трубки прочно «склеиваются» между собой, что связано с разрушением их поверхности. Однако внутренние концентрические стенки трубки только уменьшаются в размерах, а при снятии давления полностью восстанавливают свою форму.

«С помощью компьютерного моделирования учёные установили, что эти компоненты деформируют структуру трубок по-разному. Гидростатическое давление сжимает трубку и меняет сложным образом геометрию её стенок, а сдвиговое напряжение переводит поверхностные атомы углерода в новое состояние (из sp2- в sp3-гибридизацию), и они «склеиваются» с атомами углерода соседних трубок. После снятия давления внутренние стенки сшитых трубок, сжатые гидростатическим давлением, восстанавливают свою форму», - говорится в сообщении.



Как пояснил Михаил Юрьевич Попов, профессор кафедры физики и химии наноструктур ФМХФ МФТИ и заведующий Лабораторией функциональных наноматериалов ФГБНУ ТИСНУМ, на образование связей между нанотрубками «расходуется» внешняя оболочка, в то время как внутренние слои оказываются незатронутыми. Это позволяет сохранить уникальную прочность исходных нанотрубок.

Углеродные нанотрубки нашли широкое коммерческое применение благодаря своим особым механическим, проводящим и термическим свойствам. Они используются в батареях и аккумуляторах, сенсорных панелях для смартфонов и планшетов, в солнечных элементах, в антистатических покрытиях и композитных корпусах для электроники. По словам учёных такой материал может быть полезен там, где критически важна прочность и целостность даже в жёстких окружающих условиях, например, в аэрокосмической отрасли.