Scienziati del NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials e colleghi internazionali hanno dimostrato che è possibile modificare le proprietà strutturali e conduttive dei nanotubi allungandoli. Questa scoperta ha applicazioni in elettronica e sensori ad alta precisione come microprocessori e rilevatori. L'articolo di ricerca è stato pubblicato in Ultramicroscopia .

I nanotubi di carbonio possono essere rappresentati come un foglio di grafene arrotolato in modo particolare. Ci sono diversi modi per piegarlo, che si traduce nell'interconnessione dei bordi del grafene ad angoli diversi, formando una poltrona, zigzag o nanotubi chirali (Fig 1).

I nanotubi sono considerati materiali promettenti per l'uso in elettronica e sensori perché hanno un'elevata conduttività elettrica, che funzionerebbe bene in cose come microprocessori e rilevatori di alta precisione. Però, è difficile controllarne la conduttività durante la produzione. I nanotubi con proprietà metalliche e semiconduttive possono crescere in un singolo array, mentre l'elettronica basata su microprocessore richiede nanotubi semiconduttori con le stesse caratteristiche.

Scienziati del NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials, insieme a un gruppo di ricerca giapponese, Cina e Australia, guidato dal professor Dmitri Golberg, hanno proposto un metodo che consente la modifica della struttura dei nanotubi già pronti e quindi cambia le loro proprietà conduttive.

"La base del nanotubo, uno strato piegato di grafene, è una griglia di esagoni regolari, i cui vertici sono atomi di carbonio. Se uno dei legami di carbonio nel nanotubo viene ruotato di 90 gradi, in questa [giunzione] si formano un pentagono e un ettagono invece di un esagono, e in questo caso si ottiene un cosiddetto difetto di Stone-Wales. Tale difetto può verificarsi nella struttura in determinate condizioni.

"Alla fine degli anni '90, è stato previsto che la migrazione di questo difetto lungo le pareti di un nanotubo altamente riscaldato con l'applicazione di stress meccanico potrebbe portare a un cambiamento nella sua struttura, un cambiamento sequenziale nella chiralità del nanotubo, che porta a un cambiamento nelle sue proprietà elettroniche. Nessuna prova sperimentale per questa ipotesi è stata precedentemente ottenuta, ma il nostro documento di ricerca ne ha presentato prove convincenti, ", ha affermato il Professore Associato Pavel Sorokin, responsabile del progetto di infrastruttura di Scienza dei Materiali Teorici delle Nanostrutture presso il Laboratorio di Nanomateriali Inorganici di NUST MISIS.

Gli scienziati del NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials hanno condotto simulazioni dell'esperimento a livello atomico. All'inizio, i nanotubi sono stati allungati per formare il primo difetto strutturale costituito da due pentagoni e due ettagoni (un difetto di Stone-Wales, figura 2a), dove il prolungato allungamento del tubo cominciava a "allargarsi" ai lati, riorganizzando altri legami di carbonio (Fig. 2b). Fu in questa fase che la struttura dei nanotubi cambiò. Con ulteriore allungamento, sempre più difetti di Stone-Wales cominciarono a formarsi, portando infine a un cambiamento nella conduttività dei nanotubi (Fig. 2).

"Siamo stati responsabili della modellazione teorica del processo su un supercomputer nel Laboratorio NUST MISIS per la modellazione e lo sviluppo di nuovi materiali per la parte sperimentale del lavoro. Siamo lieti che i risultati della simulazione [supportano] i dati sperimentali, " ha aggiunto Dmitry Kvashnin, coautore del lavoro di ricerca, Candidato di Scienze Fisiche e Matematiche e ricercatore presso il Laboratorio di Nanomateriali Inorganici NUST MISIS.

La tecnologia proposta è in grado di aiutare nella trasformazione della struttura dei nanotubi "metallici" per ulteriori applicazioni nell'elettronica dei semiconduttori e nei sensori come microprocessori e rivelatori ultrasensibili.