Wetenschappers van het NUST MISIS-laboratorium voor anorganische nanomaterialen en internationale collega's hebben bewezen dat het mogelijk is om de structurele en geleidende eigenschappen van nanobuisjes te veranderen door ze uit te rekken. Deze bevinding heeft toepassingen in elektronica en zeer nauwkeurige sensoren zoals microprocessors en detectoren. Het onderzoeksartikel is gepubliceerd in Ultramicroscopie .

Koolstofnanobuisjes kunnen worden weergegeven als een op een speciale manier opgerolde plaat grafeen. Er zijn verschillende manieren om het op te vouwen, waardoor de grafeenranden onder verschillende hoeken met elkaar verbonden zijn, het vormen van een fauteuil, zigzag of chirale nanobuisjes (Fig 1).

Nanobuisjes worden beschouwd als veelbelovende materialen voor gebruik in elektronica en sensoren omdat ze een hoge elektrische geleidbaarheid hebben, die goed zou werken in zaken als microprocessors en zeer nauwkeurige detectoren. Echter, het is moeilijk om hun geleidbaarheid tijdens de productie te regelen. Nanobuisjes met metalen en halfgeleidende eigenschappen kunnen uitgroeien tot een enkele array, terwijl op microprocessors gebaseerde elektronica halfgeleidende nanobuisjes nodig heeft die dezelfde eigenschappen hebben.

Wetenschappers van het NUST MISIS-laboratorium voor anorganische nanomaterialen, samen met een onderzoeksteam uit Japan, China en Australië, onder leiding van professor Dmitri Golberg, hebben een methode voorgesteld die het mogelijk maakt om de structuur van kant-en-klare nanobuisjes te wijzigen en zo hun geleidende eigenschappen te veranderen.

"De basis van de nanobuis - een gevouwen laag grafeen - is een raster van regelmatige zeshoeken, waarvan de hoekpunten koolstofatomen zijn. Als een van de koolstofbindingen in de nanobuis 90 graden wordt gedraaid, een vijfhoek en een zevenhoek worden op deze [kruising] gevormd in plaats van een zeshoek, en in dit geval wordt een zogenaamd Stone-Wales-defect verkregen. Een dergelijk defect kan onder bepaalde omstandigheden in de constructie optreden.

"Terug in de late jaren '90, er werd voorspeld dat de migratie van dit defect langs de wanden van een sterk verwarmde nanobuis onder toepassing van mechanische spanning zou kunnen leiden tot een verandering in de structuur ervan - een opeenvolgende verandering in de chiraliteit van de nanobuis, wat leidt tot een verandering in zijn elektronische eigenschappen. Er is eerder geen experimenteel bewijs voor deze hypothese verkregen, maar onze onderzoekspaper heeft er overtuigend bewijs van geleverd, " zei universitair hoofddocent Pavel Sorokin, hoofd van het infrastructuurproject Theoretical Materials Science of Nanostructures bij het NUST MISIS Laboratory of Inorganic Nanomaterials.

Wetenschappers van het NUST MISIS-laboratorium voor anorganische nanomaterialen hebben simulaties van het experiment op atomair niveau uitgevoerd. Aanvankelijk, de nanobuisjes werden verlengd om het eerste structurele defect te vormen bestaande uit twee vijfhoeken en twee zevenhoeken (een Stone-Wales-defect, Afb. 2a), waar de langdurige verlenging van de buis zich naar de zijkanten begon te "verspreiden", andere koolstofbindingen herschikken (figuur 2b). Het was in dit stadium dat de structuur van de nanobuisjes veranderde. Met verder uitrekken, er begonnen zich steeds meer Stone-Wales-defecten te vormen, uiteindelijk leidend tot een verandering in de geleidbaarheid van de nanobuisjes (Fig. 2).

"We waren verantwoordelijk voor de theoretische modellering van het proces op een supercomputer in het NUST MISIS-laboratorium voor modellering en ontwikkeling van nieuwe materialen voor het experimentele deel van het werk. We zijn blij dat de simulatieresultaten de experimentele gegevens ondersteunen, " voegde Dmitry Kvashnin toe, co-auteur van het onderzoekswerk, Kandidaat Fysische &Wiskundige Wetenschappen en onderzoeker bij het NUST MISIS Laboratory of Anorganic Nanomaterials.

De voorgestelde technologie kan helpen bij de transformatie van "metalen" nanobuisstructuur voor verdere toepassing in halfgeleiderelektronica en sensoren zoals microprocessors en ultragevoelige detectoren.