(Phys.org) —Wat gebeurt er als je meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT's) uit een geweer schiet op een aluminium doelwit met een snelheid van meer dan 15, 000 km/u? Wetenschappers hebben eindelijk het antwoord. Als een nanobuisje het doel bereikt in een hoek van 90° (frontaal), het zal behoorlijk breken en vervormen. Echter, als het evenwijdig is aan het doel bij impact, de nanobuis zal uitpakken, resulterend in een 2D grafeen nanoribbon. Deze waarneming is onverwacht, omdat eerdere simulaties hebben aangetoond dat nanobuisjes in stukken breken als ze worden blootgesteld aan grote mechanische krachten.

Onderzoekers Sehmus Ozden, et al., aan de Rice University in Houston, Texas, ONS; de Staatsuniversiteit van Campinas in Campinas, Brazilië; en het Indian Institute of Science in Bangalore, Indië, hebben een paper gepubliceerd over de resultaten van hun high-impact botsingsexperimenten met nanobuisjes in een recent nummer van Nano-letters .

In hun studie hebben de onderzoekers verpakten MWCNT's als pellets in de vacuümkamer van een licht gaspistool, een apparaat dat vaak wordt gebruikt voor experimenten met hypervelocity-impact. De pellets waren samengesteld uit voornamelijk niet-georiënteerde MWCNT-bundels, waarbij elke pellet een bolvorm heeft.

Omdat het niet mogelijk was om de impact direct waar te nemen vanwege het kleine formaat en de hoge snelheid van de nanobuisjes, de onderzoekers analyseerden de verschillen in de nanobuisjes met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop voor en na de impact om nuttige informatie te extraheren over wat er gebeurt tijdens de impact. Ze voerden ook moleculaire dynamische simulaties uit om het effect van de impact beter te begrijpen.

Hoewel elke bundel nanobuisjes (de pellet) loodrecht op het doelwit werd neergeschoten, de individuele willekeurig uitgelijnde nanobuisjes troffen het doelwit onder verschillende hoeken. De onderzoekers ontdekten dat de impacthoek een groot effect heeft op de resultaten van de botsing. Bij een impacthoek van 90°, de nanobuisjes vervormd langs de radiale richting, in wezen verpletterd als de voorkant van een auto bij een frontale botsing. Bij een impacthoek van 45°, de nanobuisjes raakten deels vervormd en deels opengeritst.

In een hoek van 0°, de nanobuisjes waren volledig opengeritst toen ze op het aluminium doelwit werden geschoten. De onderzoekers leggen uit dat het uitpakken gebeurt op de schaal van femtoseconden. In die korte tijd, veel atomen langs de zijkant van de nanobuis worden door de impact gestrest, wat resulteert in het verbreken van de koolstofbindingen in een rechte lijn langs de zijkant van de nanobuis.

Bij de inslaghoeken van 90° en 45°, anderzijds, er waren minder atomen betrokken bij de inslag, dus de spanning was meer geconcentreerd op minder atomen. Veel van deze atomen werden uiteindelijk uit de nanobuis geworpen, in plaats van dat hun banden netjes worden verbroken, zoals in het scenario van een inslaghoek van 0°.

Het uitpakken van koolstof nanobuisjes om 2D grafeen nanoribbons te maken is erg handig in de nanowetenschap, maar tot nu toe is dit meestal bereikt met chemische verontreinigingen die verontreinigingen achterlaten. Door voor het eerst aan te tonen dat nanobuisjes mechanisch snel kunnen worden uitgepakt, de nieuwe studie biedt een "strakke snede" - een schone, chemicaliënvrije manier om hoogwaardige grafeen nanoribbons te produceren. Zoals de onderzoekers uitlegden, grafeen nanoribbons hebben bepaalde voordelen ten opzichte van zowel nanobuisjes als grafeen, waardoor ze aantrekkelijk zijn voor toepassingen.

"Grafeen nanoribbons zijn goede kandidaten voor actieve materialen in elektronica, zijnde het kanaal van veldeffecttransistoren, " vertelde co-auteur Dr. Robert Vajtai aan de Rice University: Phys.org . "Ze zijn superieur aan koolstofnanobuisjes, omdat hun bandgap voorspelbaarder is. Ook, ze zijn superieur aan grafeen zelf, omdat grafeen geen bandgap heeft, maar het maken van een smalle streep op nanometerschaal opent de bandgap vanwege kwantumopsluiting, dus het is een halfgeleider."

© 2014 Fys.org