Onderzoekers van het Moscow Institute of Physics and Technology (MIPT), Technologisch Instituut voor Superharde en Nieuwe Koolstofmaterialen (TISNCM), Lomonosov Moskouse Staatsuniversiteit (MSU), en de National University of Science and Technology MISiS hebben aangetoond dat een ultra-+sterk materiaal kan worden geproduceerd door meerwandige koolstofnanobuisjes aan elkaar te "smelten". De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .

Volgens de wetenschappers een dergelijk materiaal is sterk genoeg om zeer zware omstandigheden te doorstaan, waardoor het bruikbaar is voor toepassingen in de lucht- en ruimtevaartindustrie, onder andere.

De auteurs van het artikel voerden een reeks experimenten uit om het effect van hoge druk op meerwandige koolstofnanobuizen (MWCNT's) te bestuderen. In aanvulling, ze simuleerden het gedrag van nanobuisjes in hogedrukcellen, vinden dat de schuifspanning in de buitenwanden van de MWCNT's ervoor zorgt dat ze met elkaar verbinden als gevolg van de structurele herschikkingen op hun buitenoppervlakken. De binnenste concentrische nanobuisjes, echter, behouden hun structuur volledig - ze krimpen gewoon onder druk en herstellen hun vorm zodra de druk wordt opgeheven.

Het belangrijkste kenmerk van deze studie is dat het de mogelijkheid aantoont van covalente interbuisbinding die aanleiding geeft tot onderling verbonden (gepolymeriseerde) meerwandige nanobuisjes; deze nanobuisjes zijn goedkoper te produceren dan hun enkelwandige tegenhangers.

"Deze verbindingen tussen de nanobuisjes tasten alleen de structuur van de buitenmuren aan, terwijl de binnenste lagen intact blijven. Hierdoor kunnen we de opmerkelijke duurzaamheid van de originele nanobuisjes behouden, " zegt Prof. Mikhail Y. Popov van de afdeling Moleculaire en Chemische Fysica aan het MIPT, die aan het hoofd staat van het Laboratorium voor Functionele Nanomaterialen bij TISNCM.

Een shear diamond aambeeldcel (SDAC) werd gebruikt voor de drukbehandeling van de nanobuisjes. De experimenten werden uitgevoerd bij drukken tot 55 GPa, dat is 500 keer de waterdruk op de bodem van de Marianentrog. De cel bestaat uit twee diamanten, waartussen monsters van een materiaal kunnen worden gecomprimeerd. De SDAC verschilt van andere celtypen doordat deze een gecontroleerde afschuifvervorming op het materiaal kan toepassen door een van de aambeelden te roteren. Het monster in een SDAC wordt dus onderworpen aan een druk die zowel een hydrostatische als een afschuifcomponent heeft. Met behulp van computersimulaties, de wetenschappers ontdekten dat deze twee soorten stress de structuur van de buizen op verschillende manieren beïnvloeden. De hydrostatische drukcomponent verandert de geometrie van de nanobuiswanden op een complexe manier, terwijl de schuifspanningscomponent de vorming van sp . induceert ³ - gehybridiseerde amorfe gebieden op de buitenmuren, door ze te verbinden met de naburige koolstofbuizen door middel van covalente binding. Als de spanning weg is, de vorm van de binnenlagen van de verbonden meerwandige buizen wordt hersteld.

Koolstofnanobuisjes hebben een breed scala aan commerciële toepassingen vanwege hun unieke mechanische, thermische en geleidingseigenschappen. Ze worden gebruikt in batterijen en accu's, touchscreens voor tablets en smartphones, zonnepanelen, antistatische coatings, en composietframes in de elektronica.