Самозалечивание углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки (УНТ) сохраняют прочность даже в результате серьезного теплового или излучающего воздействия. Новое исследование, осуществленное учеными из Университета Райса, объясняет высокую стабильность нанотрубок тем, что малые повреждения, перемещаясь по поверхности поврежденных УНТ, ликвидируя большие дефекты.

Атомы углерода в УНТ образуют правильные шестиугольники. «Умная ремонтная машина», предложенная Борисом Якобсоном (Boris Yakobson) основана на деформации, дефекте гексагональной структуры. Дефект представляет собой пятичленный цикл, конденсированный с семичленным. Якобсон еще несколько лет назад обнаружил, что УНТ, подверженные механическому воздействию (растяжению по оси), предрасположены к образованию таких 5/7-дефектов.

Текущее исследование группы Якобсона посвящено изучению других типов воздействия на УНТ, включая тепловое и излучающее. Испытания подтвердили предрасположенность нагретых или облученных УНТ к образованию 5/7 дефектов. Однако самое интересное открытие Якобсона заключалось в обнаружении неожиданных "лечебных" свойств этих дефектов.

Исследователи отмечают, что по мере движения 5/7 дефектов по поверхности УНТ выделяется газообразный углерод. Там, где прошел 5/7 дефект, реставрируется изначальная форма поверхности нанотрубки с характерным гексагональным расположением углеродных атомов.

Якобсон отмечает, что микродефекты ликвидируют все значительные дефекты нанотрубки, двигаясь независимо, перегруппировывая атомы и восстанавливая поверхность поврежденной УНТ. Открытие объясняет сохранение целостности УНТ даже при существенном повреждении, однако при этом остаются определенные проблемы. При достижении одного конца УНТ 5/7 дефект разворачивается и начинает двигаться в противоположном направлении. Фактически остановить этот дефект может только другой 5/7 дефект, движущийся ему навстречу. При встрече двух 5/7 дефектов они взаимно гасят друг друга и исчезают, восстановливая гексагональную структуру УНТ.

Источник: Physical Review Letters, 2007