Силы, которые создают нанотрубочные структуры, известные как «леса», часто непредсказуемы. Сегодня исследователи из университета Миссури разработали способ для предсказания того, как формируются эти сложные структуры.

Понимая, как они создаются, разработчики и инженеры смогут лучше внедрять высокоадаптируемый материал в устройства и продукты, такие как бейсбольные биты, космические провода, боевая броня, компьютерные логические компоненты и микродатчики, используемые в биомедицине.

Углеродные нанотрубки намного тоньше человеческого волоса и естественным образом формируют заросли, когда производятся в больших количествах. Эти заросли или леса, скрепляемые вместе силой Ван-дер-Ваальса, группируются на основе жесткости либо выравнивания.

Например, если нанотрубки плотные и хорошо выровненные, материал будет более жестким и полезным для применения в электрике и механике. Если нанотрубки дезорганизованы, они будут более мягкими и будут иметь совершенно разные наборы свойств.

«Ученые все еще познают, как формируются множества углеродных нанотрубок», сообщил доцент Мэтт Машмэн. „Поскольку они растут в относительно плотных популяциях, механические силы комбинируют их в вертикально ориентированные собрания, известные как леса или множества. Формируемые ими комплексные структуры помогают диктовать свойства, которыми обладают леса углеродных нанотрубок. Мы работаем над идентификацией механизмов в основе формирования нанотрубочных лесов, чтобы управлять этим процессом и определять будущее использование углеродных нанотрубок“.

Большинство современных моделей, исследующих леса углеродных нанотрубок, анализирует, что происходит во время сжатия, или проверяет тепловые свойства и проводимость после формирования. Однако эти модели не принимают во внимание процесс создания леса.

Эксперименты, проводимые в лаборатории Машмэна, помогут ученым понять процесс и управлять им, что позволит создавать леса нанотрубок с желаемыми механическими, тепловыми и электрическими свойствами. Ученый использует моделирование для установления того, как нанотрубки превращаются в специфические типы лесов, до выяснения их свойств.

«Преимущество этого подхода состоит в том, что мы можем выяснить, как разные параметры синтеза, такие как температура и размер частиц катализатора, влияют на формирование нанотрубок, одновременно проверяя поведение получившихся лесов нанотрубок», сказал Машмэн. „Приятно, что модель успешно предсказывает особенности формирования лесов и их механическое поведение. Понимание этого поможет инженерам лучше интегрировать углеродные нанотрубки в практичные ежедневные применения“.

Результаты опубликованы в издании Carbon.