Koolstofnanospoelen (CNC's) die zijn samengesteld uit spiraalvormige koolstofnanovezels, hebben potentiële toepassingen, waaronder mechanische veren en nano-solenoïden. Er zijn enkele rapporten die de veerconstante van CNC's meten.

Echter, de CNC-reactie op langdurig uitrekken, waaronder aanvankelijke elastische rek tot grootschalige vervorming in het plastische regime en daaropvolgende trekbreuk gevolgd door contractie na de breuk en het vrijkomen van de uitgeoefende spanning, blijft onbepaald. Het is van cruciaal belang om real-time metingen van CNC-vervorming te beveiligen buiten het lineaire elastische regime.

Hier, Taiichiro Yonemura en collega's van de Toyohashi University of Technology beschrijven de realtime vervormingsgegevens die sequentiële verandering in de CNC-geometrie vertoonden nadat elke spoel met een constante snelheid aan een uniaxiale belasting was onderworpen.

CNC-trektests werden als volgt uitgevoerd:de CNC's werden geïnstalleerd in een FIB-systeem met een wolfraam (W)-sonde met een tipdiameter van 500 nm en de W-sonde bewoog totdat deze zich aan de CNC hechtte met behulp van een Pt-ionenstraal, terwijl de Si-ionenstraal de CNC-bodem; dan nadert de CNC-gekleefde W-sonde een oppervlak van een springtafelsubstraat, totdat de CNC bijna loodrecht op het substraat stond. De trekproeven werden uitgevoerd op negen CNC's door de afstand tussen het substraat en de W-sonde geleidelijk te veranderen.

De realtime gegevens van een CNC-trektest uitgevoerd met behulp van een veertafel in de FIB-kamer werden gecontroleerd. Een reeks van drie scanning ionmicroscopie (SIM) beelden biedt visualisatie van de geometrische evolutie van de CNC onder een trekbelasting. Deze beelden werden vastgelegd in de vrije staat (t =0 s), het maximale rekpunt (t =910 s), en een toestand na de breuk (t =960 s).

Om de elastische grens van de CNC's te bepalen, we onderzochten de relatie tussen de uitgeoefende spanning en de resterende rekverhoudingen van CNC's na de belastingvrijgave. Het resultaat geeft aan dat de CNC's zich in het elastische gebied bevonden voor verlengingen tot ongeveer 15% rek.

Trekproeven, uitgevoerd op negen verschillende CNC's, onthulde dat de gemiddelde CNC-veerconstante 1,8 N/m was. Met behulp van een theoretische vergelijking voor het ontwerp van macroscopische veren, de afschuifmoduli van de negen CNC's werden geschat op gemiddeld 6 GPa. Deze resultaten kunnen een mijlpaal zijn voor de ontwikkeling van CNC-gebaseerde toepassingen in de toekomst.