Bij het Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) van het Amerikaanse Department of Energy (DOE), onderzoek uitgevoerd met medewerkers van Princeton University en het Institute for Advanced Computational Science aan de State University van New York in Stony Brook heeft aangetoond hoe plasma uitzonderlijk sterke, microscopische structuren die bekend staan ​​als koolstofnanobuisjes om te groeien. dergelijke buizen, gemeten in miljardsten van een meter, zijn te vinden in alles van elektroden tot tandheelkundige implantaten en hebben veel voordelige eigenschappen. In principe, ze hebben een treksterkte, of weerstand tegen breken wanneer uitgerekt, 100 keer groter dan die van een staaldraad van dezelfde grootte.

De buizen worden ook gebruikt in transistors en kunnen ooit het koper in computerchips vervangen. Maar voordat fabrikanten dergelijke nanobuisjes betrouwbaar kunnen produceren, wetenschappers moeten in meer detail begrijpen hoe ze zich vormen.

De nieuwe bevindingen, gerapporteerd in het journaal Koolstof in februari, draagt ​​bij aan een lopend project bij PPPL's ​​Laboratory for Plasma Nanosynthesis dat zich richt op de groei van nanodeeltjes in plasma's. ingehuldigd in 2012, het laboratorium combineert PPPL-expertise in plasmawetenschap met de materiaalwetenschappelijke capaciteiten van Princeton University en andere instellingen en maakt deel uit van de PPPL Plasma Science and Technology Department onder leiding van natuurkundige Philip Efthimion. Hoofdonderzoeker is natuurkundige Yevgeny Raitses; co-hoofdonderzoekers zijn natuurkundigen Igor Kaganovich, plaatsvervangend directeur van de afdeling Theorie van PPPL, en Brentley Stratton, hoofd van de diagnostische afdeling bij PPPL.

Wetenschappers voerden computersimulaties uit bij Stony Brook waaruit bleek dat het plasma, een soep van atomen en elektrisch geladen deeltjes, kan koolstof nanobuisjes een negatieve elektrische lading geven. De simulaties gaven aan dat een negatief geladen nanobuis koolstofatomen uit de omgeving langer en sterker aan het oppervlak van de buis zou binden. En hoe langer een atoom aan de nanobuis vastzit, hoe waarschijnlijker het is om naar een cluster van atomen te gaan, bekend als een metaalkatalysator, waardoor de buis groeit.

"In ons onderzoek vonden we een significante toename in de tijd die de koolstofatomen aan de buizen besteedden, " zei Predrag Krstic, onderzoeksprofessor aan het Institute for Advanced Computational Science en een co-auteur van papier. "Als gevolg daarvan er is een significante toename van de migratiesnelheid van de koolstofatomen naar de metaalkatalysator."

De toegenomen beschikbaarheid van snelle computers heeft recentelijk dergelijk onderzoek mogelijk gemaakt. "Wat is veranderd, is dat computers tegenwoordig zo snel zijn dat we fenomenen nauwkeurig kunnen modelleren zoals wat er gebeurt met nanobuisjes wanneer ze in plasma worden ondergedompeld, " zei Kaganovich, ook een co-auteur.

Vooruit gaan, onderzoekers zijn van plan een meer gedetailleerd model te ontwikkelen van hoe zowel boornitride als koolstofnanobuisjes groeien in een echte plasma-omgeving. Geavanceerde rekenkracht maakt de ontwikkeling van deze nieuwe modellen mogelijk.