Le nanobobine di carbonio (CNC) composte da nanofibre di carbonio di forma elicoidale hanno potenziali applicazioni tra cui molle meccaniche e nano-solenoidi. Ci sono alcuni rapporti che misurano la costante della molla dei CNC.

Però, la risposta del CNC allo stiramento prolungato, che include l'iniziale allungamento elastico alla deformazione su larga scala nel regime plastico e la successiva frattura da trazione seguita dalla contrazione post-frattura e dal rilascio della deformazione applicata, rimane indeterminato. È di fondamentale importanza garantire misurazioni in tempo reale della deformazione CNC oltre il regime elastico lineare.

Qui, Taiichiro Yonemura e i colleghi della Toyohashi University of Technology descrivono i dati di deformazione in tempo reale che hanno mostrato un cambiamento sequenziale nella geometria del CNC dopo che ogni bobina è stata sottoposta a un carico uniassiale a una velocità costante.

I test di trazione CNC sono stati condotti come segue:I CNC sono stati installati in un sistema FIB con una sonda in tungsteno (W) con un diametro della punta di 500 nm e la sonda W si è spostata fino a quando non ha aderito al CNC utilizzando un fascio di ioni Pt mentre il fascio di ioni Si ha tagliato il Fondo CNC; quindi la sonda W incollata al CNC si avvicina a una superficie del substrato della tavola a molla, finché il CNC non era quasi perpendicolare al substrato. Le prove di trazione sono state eseguite su nove CNC modificando gradualmente la distanza tra il substrato e la sonda W.

Sono stati monitorati i dati in tempo reale di una prova di trazione CNC eseguita utilizzando una tavola a molla nella camera FIB. Una serie di tre immagini di microscopia ionica a scansione (SIM) offre la visualizzazione dell'evoluzione geometrica del CNC sotto un carico di trazione. Queste immagini sono state catturate allo stato libero (t =0 s), il punto di massimo allungamento (t =910 s), e uno stato post-frattura (t =960 s).

Per determinare il confine elastico dei CNC, abbiamo esaminato la relazione tra la deformazione applicata e i rapporti di allungamento residuo dei CNC dopo il rilascio del carico. Il risultato indica che i CNC erano nella regione elastica per allungamenti fino a circa il 15% di deformazione.

prove di trazione, eseguita su nove diversi CNC, ha rivelato che la costante media della molla CNC era di 1,8 N/m. Utilizzando un'equazione teorica per la progettazione di molle macroscopiche, i moduli di taglio dei nove CNC sono stati stimati in media pari a 6 GPa. Questi risultati possono servire come pietra miliare per lo sviluppo di applicazioni basate su CNC in futuro.