Наноструктуры позволяют усовершенствовать легкую керамику
 Разработанная учеными структура из нанотрубок. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Группа ученых из California Institute of Technology (США) создала новый материал, собрав нанотрубки из окиси алюминия в объемную структуру, которая широко используется при реализации крупномасштабных строительных проектов. Речь идет о связках нанотрубок в виде ферм, содержащих пять и более треугольных блоков. Для своей работы ученые выбрали структуру, состоящую из восьми треугольников, поскольку нанотрубки в решетке с такой геометрией при деформации испытывают по большей части растяжения и сжатия, а не изгибаются (есть несколько публикаций, описывающих процесс сжатия слоев подобной структуры при деформации, на которые ученые опирались при подготовке эксперимента).
Исследователи экспериментировали с конструкциями из алюминиевых нанотрубок с толщиной стенки от 5 до 60 нм и диаметром от 0,45 до 1,38 мкм. Ширина элементарной ячейки созданной ими решетки при этом варьировалась от 5 до 15 мкм. Эксперименты по сжатию конструкции проводились в инденторе для определения предела текучести и модуля Юнга под воздействием периодической нагрузки.
В рамках своей работы ученые обнаружили, что существует некое критическое отношение толщины стенки нанотрубки к ее диаметру. Если характеристики трехмерной структуры таковы, что отношение толщины стенки к диаметру нанотрубки ниже этого критического значения, созданная из таких трубок решетка может деформироваться за счет растяжения и сжатия отдельных нанотрубок (а не за счет разрушения самой конструкции). Это соотношение не является специфичным для какого-то одного масштаба, но при условии его применения в наномасштабе удается создать относительно лишенные недостатков материалы (близкие к идеальным), что дает возможность получить именно упругую деформацию, без разрыва.
Эксперименты показали, что структуры, изготовленные из нанотрубок с соотношением толщины стенки к диаметру более 0,03, испытывают линейную упругую деформацию (по аналогии с резиной) с неожиданно возникающим напряжением, ведущим к разрушению всей конструкции. А конструкции из нанотрубок с отношением толщины стенки к диаметру менее 0,02, наоборот, демонстрировали упругую, а впоследствии – пластичную деформацию (по аналогии с металлами, к примеру, медью), без разрушения.
Естественно, подобный результат удивил исследователей, поскольку созданная ими конструкция при определенных условиях ведет себя совсем не так, как любой другой твердый макро-материал. Исследователи разработали модель для описания критической точки перехода между двумя видами деформации, расчеты по которой полностью совпали с полученными экспериментальными данными. В ближайшее время научная группа планирует улучшить характеристики созданных ими конструкций, благодаря этой теоретической модели.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Science.
Также по теме:
- Покрытие из нанотрубок улучшает состояние стенок сосудов
- Бизнес объединяет усилия для работы с углеродными нанотрубками
- Легированные углеродные нанотрубки лучше подходят для термоэлектроники
- Как двигаются нанопровода?
- Предложен простой способ создания искусственных мышц
Источники: