(Phys.org) —Cosa succede quando si sparano nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT) da una pistola su un bersaglio di alluminio a una velocità superiore a 15, 000 miglia orarie? Gli scienziati hanno finalmente la risposta. Se un nanotubo raggiunge il bersaglio con un angolo di 90° (fronte), si romperà e si deformerà abbastanza drasticamente. Però, se è parallelo al bersaglio al momento dell'impatto, il nanotubo si aprirà, risultante in un nanonastro di grafene 2D. Questa osservazione è inaspettata, poiché le simulazioni precedenti hanno dimostrato che i nanotubi si rompono in pezzi quando sottoposti a grandi forze meccaniche.

I ricercatori Sehmus Ozden, et al., alla Rice University di Houston, Texas, NOI; l'Università Statale di Campinas a Campinas, Brasile; e l'Indian Institute of Science di Bangalore, India, hanno pubblicato un articolo sui risultati dei loro esperimenti di collisione di nanotubi ad alto impatto in un recente numero di Nano lettere .

Nel loro studio, i ricercatori hanno imballato MWCNT come pellet nella camera a vuoto di una pistola a gas leggero, un dispositivo che è comunemente usato per esperimenti di impatto ipervelocità. I pellet erano composti da fasci MWCNT per lo più non orientati, con ogni pallina avente una forma sferica.

Poiché non è stato possibile osservare direttamente l'impatto a causa delle ridotte dimensioni e dell'elevata velocità dei nanotubi, i ricercatori hanno analizzato le differenze nei nanotubi utilizzando un microscopio elettronico a trasmissione prima e dopo l'impatto per estrarre informazioni utili su ciò che accade durante l'impatto. Hanno anche eseguito simulazioni di dinamica molecolare per comprendere meglio l'effetto dell'impatto.

Sebbene ogni fascio di nanotubi (il pellet) sia stato sparato perpendicolarmente al bersaglio, i singoli nanotubi allineati casualmente hanno avuto un impatto sul bersaglio con diverse angolazioni. I ricercatori hanno scoperto che l'angolo di impatto ha un grande effetto sui risultati della collisione. Con un angolo di impatto di 90°, i nanotubi deformati lungo la direzione radiale, essenzialmente essere fracassato come la parte anteriore di un'auto in uno scontro frontale. Con un angolo di impatto di 45°, i nanotubi si sono in parte deformati e in parte aperti.

Con un angolo di 0°, i nanotubi sono stati completamente aperti quando sono stati sparati al bersaglio di alluminio. I ricercatori spiegano che la decompressione avviene sulla scala dei femtosecondi. In quel poco tempo, molti atomi lungo il lato del nanotubo vengono sollecitati a causa dell'impatto, con conseguente rottura dei legami di carbonio in linea retta lungo il lato del nanotubo.

Agli angoli di impatto di 90° e 45°, d'altra parte, meno atomi sono stati coinvolti nell'impatto, quindi lo stress era più concentrato su un minor numero di atomi. Molti di questi atomi finirono per essere espulsi dal nanotubo, piuttosto che avere i loro legami nettamente spezzati come nello scenario dell'angolo di impatto di 0°.

Decomprimere i nanotubi di carbonio per creare nanonastri di grafene 2D è molto utile nella nanoscienza, ma fino ad ora è stato tipicamente ottenuto con contaminanti chimici che lasciano indietro i contaminanti. Dimostrando per la prima volta che i nanotubi possono essere decompressi rapidamente con mezzi meccanici, il nuovo studio offre un "taglio netto":un pulito, modo privo di sostanze chimiche per produrre nanonastri di grafene di alta qualità. Come hanno spiegato i ricercatori, i nanonastri di grafene presentano alcuni vantaggi rispetto ai nanotubi e al grafene che li rendono attraenti per le applicazioni.

"I nanonastri di grafene sono buoni candidati per i materiali attivi nell'elettronica, essendo il canale dei transistor ad effetto di campo, " ha detto il coautore Dr. Robert Vajtai della Rice University Phys.org . "Sono superiori ai nanotubi di carbonio, poiché il loro bandgap è più prevedibile. Anche, sono superiori al grafene stesso poiché il grafene non ha bandgap, ma farne una striscia stretta su scala nanometrica apre il bandgap a causa del confinamento quantistico, quindi è un semiconduttore."

© 2014 Phys.org