Углеродные нанотрубки — это микроскопические структуры, которые выращивают в условиях высокотемпературной печи. Силы, которые создают нанотрубочные структуры, известные как «леса», часто непредсказуемы. Исследователи из университета Миссури разработали способ для предсказания того, как формируются эти сложные структуры.

Понимая, как они создаются, разработчики и инженеры смогут лучше внедрять высокоадаптируемый материал в устройства и продукты, такие как бейсбольные биты, космические провода, боевая броня, компьютерные логические компоненты и микродатчики, используемые в биомедицине.

Углеродные нанотрубки намного тоньше человеческого волоса и естественным образом формируют заросли, когда производятся в больших количествах. Эти заросли или леса, скрепляемые вместе силой Ван-дер-Ваальса, группируются на основе жесткости либо выравнивания.

Например, если нанотрубки плотные и хорошо выровненные, материал будет более жестким и полезным для применения в электрике и механике. Если нанотрубки дезорганизованы, они будут более мягкими и будут иметь совершенно разные наборы свойств.

Доцент Мэтт Машмэн

«Ученые все еще познают, как формируются множества углеродных нанотрубок», сообщил доцент Мэтт Машмэн. „Поскольку они растут в относительно плотных популяциях, механические силы комбинируют их в вертикально ориентированные собрания, известные как леса или множества. Формируемые ими комплексные структуры помогают диктовать свойства, которыми обладают леса углеродных нанотрубок. Мы работаем над идентификацией механизмов в основе формирования нанотрубочных лесов, чтобы управлять этим процессом и определять будущее использование углеродных нанотрубок“.

Большинство современных моделей, исследующих леса углеродных нанотрубок, анализирует, что происходит во время сжатия, или проверяет тепловые свойства и проводимость после формирования. Однако эти модели не принимают во внимание процесс создания леса.

Эксперименты, проводимые в лаборатории Машмэна, помогут ученым понять процесс и управлять им, что позволит создавать леса нанотрубок с желаемыми механическими, тепловыми и электрическими свойствами. Ученый использует моделирование для установления того, как нанотрубки превращаются в специфические типы лесов, до выяснения их свойств.

«Преимущество этого подхода состоит в том, что мы можем выяснить, как разные параметры синтеза, такие как температура и размер частиц катализатора, влияют на формирование нанотрубок, одновременно проверяя поведение получившихся лесов нанотрубок», сказал Машмэн. „Приятно, что модель успешно предсказывает особенности формирования лесов и их механическое поведение. Понимание этого поможет инженерам лучше интегрировать углеродные нанотрубки в практичные ежедневные применения“.

Результаты опубликованы в издании Carbon.