I nanotubi di carbonio possono essere decompressi in nanonastri sparandoli ad alta velocità su un bersaglio, ma solo quelli che atterrano longitudinalmente si apriranno, secondo i ricercatori della Rice University. I test hanno valutato i nanotubi che hanno avuto un impatto sul bersaglio da varie angolazioni per vedere i risultati. Credito:Ajayan Group/Rice University
(Phys.org) — I nanotubi di carbonio "decompressi" in nanonastri di grafene mediante un processo chimico inventato alla Rice University stanno trovando impiego in tutti i tipi di progetti, ma gli scienziati di Rice hanno ora trovato un modo privo di sostanze chimiche per decomprimerli.
Il laboratorio di ricerca dei materiali del Rice, Pulickel Ajayan, ha scoperto che i nanotubi che colpiscono un obiettivo si trasformano prima in grumi di atomi per lo più frastagliati. Ma i nanotubi che si trovano a lato del bersaglio si aprono in pratici nastri che possono essere utilizzati in materiali compositi per resistenza e applicazioni che sfruttano le loro proprietà elettriche desiderabili.
I ricercatori della Rice guidati dallo studente laureato Sehmus Ozden hanno riportato la loro scoperta sulla rivista dell'American Chemical Society Nano lettere .
Il risultato è stato una sorpresa, disse Ozden. "Fino ad ora, sapevamo di poter usare le forze meccaniche per accorciare e tagliare i nanotubi di carbonio. Questa è la prima volta che dimostriamo che i nanotubi di carbonio possono essere decompressi usando forze meccaniche".
I ricercatori hanno sparato palline di materiale orientato in modo casuale, nanotubi di carbonio a parete multipla da un cannone a gas leggero costruito dal laboratorio Rice dello scienziato dei materiali Enrique Barrera con il finanziamento della NASA. I granuli hanno colpito un bersaglio di alluminio in una camera a vuoto a circa 15, 000 miglia orarie. Quando hanno ispezionato le macerie di carbonio risultanti, hanno trovato nanotubi che si sono schiantati per primi nell'estremità del bersaglio o con un angolo acuto semplicemente deformati in un nanotubo accartocciato. Ma i tubi che colpiscono longitudinalmente in realtà si dividono in nastri con bordi frastagliati.
"I test di impatto dell'ipervelocità sono usati principalmente per simulare l'impatto di diversi proiettili sugli scudi, veicoli spaziali e satelliti, " Ha detto Ozden. "Stavamo studiando possibili applicazioni per i nanotubi di carbonio nello spazio quando abbiamo ottenuto questo risultato".
Simulazioni molecolari e immagini al microscopio elettronico mostrano cosa succede a un nanotubo di carbonio quando la sua estremità colpisce un bersaglio direttamente a circa 15, 000 miglia orarie. I ricercatori della Rice University hanno scoperto che i nanotubi si dividono in utili nanonastri. Credito:Ajayan Group/Rice University)
L'effetto è stato confermato attraverso simulazioni molecolari. Hanno dimostrato che quando i tubi multiparete colpiscono il bersaglio, il tubo esterno si appiattisce, colpendo i tubi interni e decomprimendoli a turno. I nanotubi a parete singola fanno esattamente l'opposto; quando il tubo si appiattisce, la parete inferiore colpisce l'interno della parete superiore, che si apre dal centro verso i bordi.
Ozden ha spiegato che la distribuzione uniforme dello stress lungo il nanotubo che cade a pancia in giù, che è molte volte più lungo che largo, rompe i legami di carbonio in una linea quasi contemporaneamente.
I ricercatori hanno detto che dal 70 all'80 percento dei nanotubi in un pellet si aprono in un modo o nell'altro.
Da sinistra, Sehmus Ozden, ricercatore della Rice University, Enrique Barrera e Robert Vajtai alla pistola ipervelocità usata per sparare pallini di nanotubi contro un bersaglio di alluminio. I ricercatori hanno scoperto che la collisione dividerebbe in nanonastri quei tubi che hanno colpito il bersaglio nel senso della lunghezza. Ozden e Vajtai tengono piastre di alluminio con fori profondi causati da piccoli oggetti che le colpiscono a 15, 000 miglia orarie. La pistola è stata costruita con il supporto della NASA per simulare l'impatto dei micrometeoriti sui veicoli spaziali. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Ozden ha affermato che il processo elimina la necessità di pulire i residui chimici dai nanonastri prodotti con le tecniche attuali. "Un passo, privo di sostanze chimiche, nanonastri di grafene puliti e di alta qualità possono essere prodotti utilizzando il nostro metodo. Sono potenziali candidati per materiali elettronici di prossima generazione, " Egli ha detto.
