Гибкие электронные компоненты из массивов нанотрубок
 Упорядоченные массивы вертикальных углеродных нанотрубок (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Углеродные нанотрубки – это цилиндрические структурные модификации углерода, обладающие множеством удивительных свойств. Интерес для науки представляют не только отдельные нанотрубки, но и целые их массивы, «выращиваемые» специфическими методиками на различных поверхностях. Однако, если об электрических и механических свойства отдельной (одностенной или многостенной) трубки известно достаточно многое, то о свойствах упорядоченных массивов нанотрубок (которые воспроизвести на эксперименте несколько проще) данных практически нет.
Исследования вертикально направленных массивов углеродных нанотрубок, проведенные учеными из Швеции и Великобритании, показывают, что система с точки зрения механики представляет собой связанную единицу, во многом напоминающую по свойствам каучук. Результаты проведенной ими работы были опубликованы в журнале Nanotechnology.
В экспериментах использовались вертикальные массивы углеродных нанотрубок, выращенные с желаемой геометрией как на металлических, так и на силиконовых поверхностях. Наибольшее внимание было уделено самому простому частному случаю: конструкции из двух массивов нанотрубок, размещенных параллельно друг другу.
Эксперимент показал, что, в зависимости от приложенного внешнего напряжения, массивы нанотрубок притягивались друг к другу или, наоборот, отталкивались. При этом массивы, вроде бы состоящие из отдельных структурных единиц (нанотрубок), с точки зрения механики вели себя как единое целое, обладающее достаточно широким диапазоном изменения формы. Практика показала, что за очень короткое время расстояние между массивами нанотрубок посредством изменения внешнего поля могло быть изменено на 30%; при этом необратимых процессов с массивами не происходило (они не ломались, не показывали остаточной деформации).
Для созданной в рамках эксперимента системы было выполнено электростатическое моделирование, результаты которого сравнивались с полученными на практике данными, чтобы выделить и понять механические свойства массивов нанотрубок.
Результаты оказались весьма интригующими. Хотя у отдельных нанотрубок предел прочности составляет несколько десятков и даже сотен гигапаскалей (больше, чем у стали), эффективный модуль Юнга массива нанотрубок равен приблизительно 4 мегапаскалям, что чуть меньше, чем у каучука. Ученые предполагают, что это связано с возможностью нанотрубок скользить друг по другу внутри массива с низкой плотностью.
Следующим шагом исследователей стало создание простейшего конденсатора, эксплуатирующего упругие свойства массива вертикальных нанотрубок. Расположенные параллельно множества формируют простейший конденсатор, емкость которого, грубо говоря, может контролироваться приложенным напряжением. Измерения емкости показали возможность ее вариации более чем на 20%. При этом относительно небольшое значение модуля Юнга для массивов нанотрубок позволяет достаточно большим структурам легко менять форму под действием невысокого внешнего напряжения. Учитывая хорошее согласование результатов эксперимента и компьютерного моделирования, можно ожидать, что в весьма близком будущем это позволит создавать электронные компоненты, использующие «в своих интересах» свойства массивов нанотрубок.
Также по теме:
Источники: