Как тюлевые занавески помогли объяснить синтез наноматериалов

Российские ученые успешно применили концепцию муаровых узоров для сортировки углеродных нанотрубок

В своём новом исследовании физики Южного федерального университета (ЮФУ) предложили новый способ поиска органических молекул и полимеров, пригодных для сортировки однослойных углеродных нанотрубок.

Углеродные нанотрубки — это синтезированные материалы, которые обладают уникальными характеристиками прочности, а также электрическим и тепловым свойствами. Они имеют широкую область применения и привлекают внимание ученых разных областей последние 70 лет.

Настоящий бум нанотрубок случился в 1991 году после работы Сумио Иидзимы, где он исследовал атомную структуру многостенных нанотрубок и доказал, что простейшая одностенная трубка — это свернутая и соединенная без дефектов полоса из листа графена, состоящего из шестиугольных сот атомов углерода. Подобных различных трубчатых структур могут быть сотни. Такое разнообразие возникает потому, что смежные соты в нанотрубке образуют винтовые спирали, и как шаг этих спиралей относительно оси нанотрубки, так и диаметр нанотрубок могут сильно меняться.

Независимо от своей структуры нанотрубки — жесткие и прочные, их пучки обладают очень большой поверхностью на единицу объема. Поэтому такие углеродные наноматериалы используют как для упрочнения разнообразных объектов, так и в аккумуляторах и других устройствах, в которых важно иметь большую площадь внутренней поверхности для осаждения ионов металлов.

При обычных способах синтеза одновременно образуется множество типов нанотрубок с разными диаметрами и структурой стенок. Синтезировать их сразу с заданными свойствами сложно и трудоемко. А смесь нанотрубок с разной структурой получить гораздо проще. Сейчас такие смеси можно купить у многих производителей. Поэтому ученые активно разрабатывают технологии сортировки нанотрубок, которые имеют желательную (для определенного применения) структуру и, соответственно, физические свойства.

Сотрудники физического факультета Южного федерального университета предложили теорию, проясняющую физико-химические закономерности, возникающие при сортировке однослойных углеродных нанотрубок теми органическими молекулами, которые самоорганизуются в регулярные покрытия как на нанотрубках, так и на графене.

Предложенная теория использует концепцию муаровых узоров, которые мы можем увидеть даже у нас дома, когда два слоя полупрозрачной оконной занавески накладываются друг на друга. В современной физике муаровые узоры используются для интерпретации физических свойств многослойных структур.

Результаты исследования изложены в статье «Муаровые узоры и сортировка углеродных нанотрубок», опубликованной в научном журнале Nano Futures.

Ранее +1Платформа рассказывала, что ученые Южного федерального университета разработали нанобиоуголь для сохранения и восстановления почвы. Инновация может внести серьезный вклад в обеспечение продовольственной безопасности в стране.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Фотографии: iStock

Читайте также