Новая теория объясняет природу загадочной самосборки нанотрубок

 


Новый виток в концепции объяснения принципов образования углеродных наноструктур сформирован учеными из Университета Райса: они показали, что в большинстве известных наноматериалов на основе углеродных нанотрубок структура формируется подобно тончайшей ткани, сплетаемой из закрученных углеродных нитей.

Углеродные нанотрубки – это полые наноструктуры, построенные исключительно из атомов углерода и имеющие нанометровые диаметры. Если изобразить схему расположения атомов в них, то становится видна их спиральная организация. Подобно намотанной проволоке или полоскам оберточной бумаги на конце нанотрубки есть выступающий излишек материала, расположенный под углом «плетения».

Хотя углеродные нанотрубки являются объектом пристального внимания ученых и довольно хорошо изучены, природа их роста еще нашла полного объяснения. Принято говорить о самосборке этих структур в процессе осаждения из газовой фазы при жестких условиях и в присутствии катализаторов. В новой работе, опубликованной в журнале (Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS), рассматривается взаимосвязь между углом хиральности (степенью закручивания воображаемых нитей, построенных из атомов углерода) и скоростью роста нанотрубок.

«Наши исследования позволили нам предложить ответы на некоторые вопросы о принципах самосборки нанотрубок, – рассказывает профессор Борис Якобсон (Boris Yakobson), специалист в области механической инженерии, химии и материаловедения. – В рамках новой теории предполагается, что нанотрубки «сотканы» из закрученных углеродных нитей, каждая из которых растет независимо, присоединяя новые атомы к своему свободному концу. При этом чем больше нитей, тем быстрее растет нанотрубка».

Профессор Якобсон, руководитель этого исследования, рассказал также, что предсказания такой формулировки механизма роста нанотрубок появлялись ранее в многочисленных работах, анализирующих лабораторные наблюдения. Например, согласно новой теории, нанотрубки с большим углом хиральности должны расти более быстро, поскольку они образованы большим количеством нитей, и это подтверждено несколькими экспериментами.

«Вообще, хиральность – это одно из основных свойств нанотрубок, – комментирует профессор Якобсон, – Подход, разработанный нами количественно связывает хиральность возникающей структуры и скорость ее образования, тем самым демонстрируя роль этого фактора. Безусловно, это наблюдение весьма заинтересует всех, кто занимается разработкой новых технологий, основанных на нанотрубках».


Источник: NanoNewsNet