Графенові наноленты при скручуванні без особливих проблем перетворюються у вуглецеві нанотрубки

Вчені з Фінляндії і США показали, що графенові наноленты при скручуванні без особливих проблем перетворюються у вуглецеві нанотрубки. Нещодавно ми, нагадаємо, розповідали про те, як фізики вирішували зворотну задачу — «розрізали» одношарові нанотрубки уздовж, отримуючи наноленты. Цей спосіб виготовлення вуглецевих стрічок вже випробуваний в експериментах і визнаний досить перспективним.

На відміну від «розрізання», скручування поки не застосовувалася на практиці. Щоб оцінити його ефективність, автори провели моделювання методом квантової молекулярної динаміки, розглянувши вплив на нескінченно довге наноленту шириною 24 Å. Етапи процесу при цьому характеризувалися безрозмірним параметром τW, де τ — кут закручування в перерахунку на одиничну довжину, а W — ширина. У звичайної наноленты, приміром, τW = 0, тоді як стрічці, робить повний оборот на довжині в 2πW, відповідає τW = 1.

Етапи скручування наноленты (ілюстрація з журналу Physical Review B).

На початку скручування поперечний переріз стрічки залишалося плоским, але із збільшенням τW до 0,83 воно набуло U-подібну форму. Подальший вплив змушувало краю зразка зближуватися, і з часом (на τW ≈ 1,62) вони починали хімічно взаємодіяти і утворювати зв’язки. Незабаром після цього скручена стрічка перетворювалася в трубку з перетином, лише незначно відрізняється від кругового.

Новий спосіб виготовлення нанотрубок добре проявив себе і в додатковій серії розрахунків, де ширина вихідних стрічок варіювалася. До переваг методу скручування також відноситься те, що він дозволяє задавати потрібну хіральність — одну з найважливіших структурних характеристик нанотрубки, що визначається взаємною орієнтацією її поздовжньої осі і гексагональної сітки графена.

Запропонована фіно-американською групою схема експерименту з нанолентами, який повинен підтвердити результати обчислень, вже використовувалася для скручування вуглецевих нанотрубок. У центральній частині підвішеною стрічки вчені хочуть жорстко закріпити невелику пластину, після чого на розташовані поруч електроди буде подаватися напруга. Ці сигнали змусять пластину обертатися, а разом з нею почне скручуватися і нанолента.

Найпростіша демонстрація того, як скручування стрічки призводить до утворення трубки. У верхньому правому куті показана схема досліду з нанолентой. (Ілюстрація з журналу Physical Review B.)

Повний варіант звіту опублікована в журналі Physical Review B.

Підготовлено за матеріалами arXiv-препринти.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *