Ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (MIPT), Istituto tecnologico per materiali di carbonio superduri e nuovi (TISNCM), Lomonosov Università statale di Mosca (MSU), e la National University of Science and Technology MISiS hanno dimostrato che un materiale ultra resistente può essere prodotto "fondendo" insieme nanotubi di carbonio multiparete. I risultati della ricerca sono stati pubblicati in Lettere di fisica applicata .

Secondo gli scienziati, un materiale di quel tipo è abbastanza forte da sopportare condizioni molto dure, rendendolo utile per applicazioni nel settore aerospaziale, tra gli altri.

Gli autori dell'articolo hanno eseguito una serie di esperimenti per studiare l'effetto dell'alta pressione sui nanotubi di carbonio multiparete (MWCNT). Inoltre, hanno simulato il comportamento dei nanotubi in celle ad alta pressione, scoprendo che la deformazione da sforzo di taglio nelle pareti esterne dei MWCNT li fa connettere tra loro a causa dei riarrangiamenti strutturali sulle loro superfici esterne. I nanotubi concentrici interni, però, mantengono completamente la loro struttura:si restringono semplicemente sotto pressione e ripristinano la loro forma una volta che la pressione viene rilasciata.

La caratteristica principale di questo studio è che dimostra la possibilità di un legame covalente intertubo che dia origine a nanotubi multiparete interconnessi (polimerizzati); questi nanotubi sono più economici da produrre rispetto ai loro omologhi a parete singola.

"Queste connessioni tra i nanotubi influenzano solo la struttura delle pareti esterne, mentre gli strati interni rimangono intatti. Questo ci permette di mantenere la notevole durabilità dei nanotubi originali, " afferma il Prof. Mikhail Y. Popov del Dipartimento di Fisica Molecolare e Chimica del MIPT, che dirige il Laboratorio di Nanomateriali Funzionali al TISNCM.

Per il trattamento a pressione dei nanotubi è stata utilizzata una cella a incudine a diamante di taglio (SDAC). Gli esperimenti sono stati eseguiti a pressioni fino a 55 GPa, che è 500 volte la pressione dell'acqua sul fondo della Fossa delle Marianne. La cella è composta da due diamanti, tra i quali possono essere compressi campioni di un materiale. L'SDAC è diverso da altri tipi di cellule in quanto può applicare una deformazione di taglio controllata al materiale ruotando una delle incudini. Il campione in un SDAC è quindi sottoposto a una pressione che ha sia una componente idrostatica che di taglio. Utilizzando simulazioni al computer, gli scienziati hanno scoperto che questi due tipi di stress influenzano la struttura dei tubi in modi diversi. La componente della pressione idrostatica altera in modo complesso la geometria delle pareti dei nanotubi, mentre la componente dello sforzo di taglio induce la formazione di sp ³ -regioni amorfizzate ibridate sulle pareti esterne, collegandoli ai vicini tubi di carbonio mediante legame covalente. Quando lo stress viene rimosso, viene ripristinata la forma degli strati interni dei tubi multiparete collegati.

I nanotubi di carbonio hanno una vasta gamma di applicazioni commerciali in virtù della loro meccanica unica, proprietà termiche e conduttive. Sono utilizzati in batterie e accumulatori, touch screen per tablet e smartphone, celle solari, rivestimenti antistatici, e telai compositi in elettronica.