(Phys.org)—Koolstofnanobuizen (CNT's) staan ​​bekend om hun dunheid, met diameters zo klein als 3 angstrom (Å), of 0,3 nm. Algemeen wordt aangenomen dat ultradunne CNT's met een diameter kleiner dan 3 onstabiel zijn omdat, op die schaal, de bindingen die de atomen bij elkaar houden, worden vervormd en leiden tot ineenstorting. Tot dusver, de dunste van deze CNT's - die dunner dan 4 Å - zijn alleen gevonden in een dikkere CNT. In een nieuwe studie, wetenschappers hebben simulaties gepresenteerd die aantonen dat een CNT met een buitendiameter van slechts 3,2 theoretisch kan bestaan ​​zonder opsluiting en stabiel kan blijven bij temperaturen tot 1000 K, wat het een van de dunste CNT's zou maken die ooit zijn gesynthetiseerd.

De wetenschappers, Eduardo Menéndez-Proupin van de Autonome Universiteit van Madrid en de Universiteit van Chili; Ana L. Montero-Alejo van de Autonome Universiteit van Madrid en de Universiteit van Havana; en José M. García de la Vega van de Autonome Universiteit van Madrid, hebben hun studie gepubliceerd in een recent nummer van Fysieke beoordelingsbrieven .

"Er zijn meldingen van CNT's van 3 angstrom dun in een dikkere CNT, "Menéndez-Proupin vertelde" Phys.org . "Onze CNT is misschien wel de dunste die vrijstaand kan bestaan."

Zoals de wetenschappers uitleggen, de ultradunne CNT die ze hebben onderzocht, is het resultaat van de relaxatie - of het verbreken van de binding - van een CNT gemaakt van een grafeenvel dat op een bepaalde manier is gesneden en verpakt, zoals gedefinieerd door zijn chiraliteit. In dit geval, de originele CNT heeft chiraliteit (2, 1), een diameter van 2 Å, en is instabiel.

Door bepaalde bindingen van deze specifieke CNT te verbreken, de onderzoekers toonden theoretisch aan dat de resulterende structuur stabiel wordt in vacuüm, vormen een 3,2-Å-dikke, niet-standaard CNT. Door de verbroken bindingen, de nieuwe CNT bestaat uit ringen die elk zijn gemaakt van 8 en 10 atomen. Bijgevolg, de onderzoekers noemden deze structuur CNT10R, na de 10-atoomringen.

De simulaties onthulden dat de 10-atoomringen samen met kleinere ringen een dubbele helix vormen, vergelijkbaar met de structuur van DNA, met afwisselend enkele, dubbele, en drievoudige bindingen. Met behulp van Quantum ESPRESSO-software, de wetenschappers berekenden de optische en elektronische eigenschappen van de nieuwe nanobuis, die aanzienlijk verschillen van die van standaard CNT's, nanolinten, en grafeen platen. In plaats daarvan, De eigenschappen van CNT10R lijken op die van lineaire koolstofketens, wat suggereert dat de structuur kan worden gezien als een paar gekoppelde ketens.

"Alle bekende nanobuisjes hebben de vorm van een opgerold honingraatrooster (grafeen), en alle atomen zijn drievoudig gecoördineerd, "Zei Menéndez-Proupin. "De kleinste ringen zijn 6-ledig. De structuren hebben leegstand en andere gebreken, maar dit is de minderheid van atomen en vertegenwoordigt in het algemeen een toename van energie. De CNT10R heeft geen 6-ledige ringen, is periodiek en stabiel. Het toont allerlei soorten obligaties. De IR- en Raman-spectra zijn behoorlijk verschillend van de standaard CNT's en grafeen. De drievoudige binding komt niet vaak voor in koolstofstructuren. De aanwezigheid van drievoudige bindingen zou specifieke chemische reacties kunnen vergemakkelijken die niet mogelijk zijn in andere CNT's."

Het kennen van deze eigenschappen kan onderzoekers helpen om de nieuwe structuur in de toekomst experimenteel te vinden of te synthetiseren. Een mogelijke route voor synthese kan inhouden dat de structuur in een grotere CNT groeit, wat technisch haalbaarder kan zijn dan het kweken van een vrijstaande, voor nu.

"Synthese is misschien mogelijk met bestaande technologie, hoewel dit niet vrijstaand zou zijn, "Zei Menéndez-Proupin. "Het kan per ongeluk zijn gesynthetiseerd, maar het is niet geïdentificeerd. Het kan in bestaande monsters worden geïdentificeerd als een buisvormige structuur wordt waargenomen door microscopie en dezelfde structuur produceert een vreemd spectrum dat lijkt op onze voorspellingen."

Copyright 2012 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.