(Phys.org)—I nanotubi di carbonio (CNT) sono rinomati per la loro sottigliezza, avente diametri piccoli come 3 angstrom (Å), o 0,3nm. Generalmente si pensa che i CNT ultrasottili con diametri inferiori a 3 siano instabili perché, a quella scala, i legami che tengono insieme gli atomi si deformano e portano al collasso. Finora, i più sottili di questi CNT – quelli più sottili di 4 Å – sono stati trovati solo confinati all'interno di un CNT più spesso. In un nuovo studio, gli scienziati hanno presentato simulazioni che mostrano che un CNT con un diametro esterno di soli 3,2 può teoricamente esistere senza confinamento e rimanere stabile a temperature fino a 1000 K, il che lo renderebbe uno dei CNT più sottili mai sintetizzati.

Gli scienziati, Eduardo Menéndez-Proupin dell'Università Autonoma di Madrid e dell'Università del Cile; Ana L. Montero-Alejo dell'Università Autonoma di Madrid e dell'Università dell'Avana; e José M. García de la Vega dell'Università Autonoma di Madrid, hanno pubblicato il loro studio in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"Ci sono segnalazioni di CNT 3 angstrom sottili contenuti all'interno di un CNT più spesso, " disse Menéndez-Proupin Phys.org . "Il nostro CNT potrebbe essere il più sottile in grado di essere autoportante esistente".

Come spiegano gli scienziati, il CNT ultrasottile che hanno esaminato risulta dal rilassamento - o rottura del legame - di un CNT fatto da un foglio di grafene che viene tagliato e avvolto in un certo modo, come definito dalla sua chiralità. In questo caso, il CNT originale ha chiralità (2, 1), un diametro di 2 , ed è instabile.

Rompendo certi legami di questo particolare CNT, i ricercatori hanno teoricamente dimostrato che la struttura risultante diventa stabile nel vuoto, formando uno spessore di 3,2 , CNT non standard. A causa dei legami spezzati, il nuovo CNT è costituito da anelli composti ciascuno da 8 e 10 atomi. Di conseguenza, i ricercatori hanno chiamato questa struttura CNT10R, dopo gli anelli dei 10 atomi.

Le simulazioni hanno rivelato che gli anelli da 10 atomi insieme ad anelli più piccoli formano una doppia elica, simile alla struttura del DNA, con singolo alternato, Doppio, e tripli legami. Utilizzando il software Quantum ESPRESSO, gli scienziati hanno calcolato le proprietà ottiche ed elettroniche del nuovo nanotubo, che differiscono significativamente da quelli dei CNT standard, nanonastri, e fogli di grafene. Anziché, Le proprietà di CNT10R assomigliano a quelle delle catene di carbonio lineari, suggerendo che la struttura può essere pensata come una coppia di catene gemellate.

"Tutti i nanotubi conosciuti hanno la forma di un reticolo a nido d'ape (grafene) arrotolato, e tutti gli atomi sono triplicati coordinati, " Menéndez-Proupin ha detto. "Gli anelli più piccoli sono a 6 membri. Le strutture presentano sfitte e altri difetti, ma questa è la minoranza degli atomi e in generale rappresenta un incremento di energia. Il CNT10R non ha anelli a 6 membri, è periodico e stabile. Visualizza tutti i tipi di obbligazioni. Gli spettri IR e Raman sono molto diversi dai CNT standard e dal grafene. Il triplo legame non è frequente nelle strutture in carbonio. La presenza di tripli legami potrebbe facilitare reazioni chimiche specifiche che non sono possibili in altri CNT".

Conoscere queste proprietà potrebbe aiutare i ricercatori a trovare o sintetizzare sperimentalmente la nuova struttura in futuro. Un possibile percorso per la sintesi può comportare la crescita della struttura all'interno di un CNT più grande, che potrebbe essere tecnicamente più fattibile rispetto a coltivarne uno indipendente, per adesso.

"La sintesi può essere possibile con la tecnologia esistente, anche se questo non sarebbe indipendente, " disse Menéndez-Proupin. "Potrebbe essere stato sintetizzato per caso, ma non è stato identificato. Potrebbe essere identificato nei campioni esistenti se si osserva una struttura tubolare al microscopio e la stessa struttura produce uno spettro strano che sembra simile alle nostre previsioni".

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