Гонконгские ученые показали, что для того, чтобы выдержать нагрузки, необходимые для реализации идеи космического лифта, углеродные нанотрубки не должны содержать ни единого дефекта. Получение таких нанотрубок вряд ли станет достижимым на практике в обозримой перспективе.

Невероятно прочные и легкие, углеродные нанотрубки считаются одним из самых перспективных материалов будущего, который позволит создать технологии, недоступные сегодня. Одной из таких технологий может стать «космический лифт» – конструкция для безракетного запуска в космос. Подсчитано, что трос, протянутый с поверхности Земли до геостационарной орбиты, будет удерживаться сам по себе, за счет центробежной силы, и она же сможет придавать полезной нагрузке нужное для старта ускорение.

Ключевой проблемой космического лифта остается сам трос: нужной прочностью на килограмм собственной массы не обладает ни одна сталь. Вместе с тем расчеты показывают, что углеродные нанотрубки способны выдерживать куда большую нагрузку на разрыв – до 100 ГПа. Из-за несовершенства технологий получения таких одноатомных слоев углерода, свернутых в длинные полые трубки, пока этот показатель составляет лишь 1 ГПа. Однако недавняя работа физиков из Гонконгского политехнического университета показала, что дело может быть не только в технологиях.

Ученые, статья которых опубликована журналом ACS Nano, смоделировали поведение нанотрубки, в которой всего один атом смещен со своей позиции. В результате в одном участке ее идеальная гексагональная решетка нарушается появлением пяти- и семиугольной структуры. Оказалось, что это крошечное несовершенство резко ухудшает теоретические идеальные свойства нанотрубки, и ее прочность на разрыв падает до 40 ГПа всего из-за одного атома.

Авторы полагают, что именно такой результат мы видим пока, стараясь получить самые лучшие углеродные нанотрубки: несколько десятков смещенных атомов серьезно ухудшают их характеристики. Хуже того, трос будущего космического лифта должен выдерживать минимум 50 ГПа, а это значит, что нанотрубки для него подойдут лишь идеальные – те, в которых каждый атом находится строго в своей позиции гексагональной решетки. Получение таких нанотрубок больших размеров, хотя бы порядка метров, вряд ли достижимо в обозримой перспективе. Похоже, лифт в очередной раз застрял.