Учёные из Финляндии и США показали, что графеновые наноленты при скручивании без особых проблем преобразуются в углеродные нанотрубки.

Недавно мы, напомним, рассказывали о том, как физики решали обратную задачу — «разрезáли» однослойные нанотрубки вдоль, получая наноленты. Этот способ изготовления углеродных лент уже опробован в экспериментах и признан весьма перспективным.

В отличие от «разрезания», скручивание пока не применялось на практике. Чтобы оценить его эффективность, авторы провели моделирование методом квантовой молекулярной динамики, рассмотрев воздействие на бесконечно длинную наноленту шириной в 24 Å. Этапы процесса характеризовались безразмерным параметром τW, где τ — угол закручивания в пересчёте на единичную длину, а W — ширина. У обычной наноленты, к примеру, τW = 0, тогда как ленте, делающей полный оборот на длине в 2πW, соответствует τW = 1.

Рис. 1. Этапы скручивания наноленты (иллюстрация из журнала Physical Review B).

В начале скручивания поперечное сечение ленты оставалось плоским, но с увеличением τW до 0,83 оно приобрело U-образную форму. Дальнейшее воздействие заставляло края образца сближаться, и со временем (на τW ≈ 1,62) они начинали химически взаимодействовать и образовывать связи. Вскоре после этого скрученная лента превращалась в трубку с сечением, лишь незначительно отличающимся от кругового.

Новый способ изготовления нанотрубок хорошо проявил себя и в дополнительной серии расчётов, где ширина исходных лент варьировалась.

К достоинствам метода скручивания также относится то, что он позволяет задавать нужную хиральность — одну из важнейших структурных характеристик нанотрубки, определяемую взаимной ориентацией её продольной оси и гексагональной сетки графена.

Предложенная схема эксперимента с нанолентами, который должен подтвердить результаты вычислений, уже использовалась для скручивания углеродных нанотрубок. В центральной части подвешенной ленты учёные хотят жёстко закрепить небольшую пластину, после чего на расположенные рядом электроды будет подаваться напряжение. Эти сигналы заставят пластину вращаться, а вместе с ней начнёт скручиваться и нанолента.

Рис. 2. Простейшая демонстрация того, как скручивание ленты приводит к образованию трубки. В верхнем правом углу показана схема опыта с нанолентой. (Иллюстрация из журнала Physical Review B).

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review B.