Nanotechnologia

Kontrola przewodności elektrycznej kontra zdeformowane nanorurki węglowe

Nanorurki węglowe, czyli „zwinięte” płaszczyzny grafenu, nie zawsze są zbudowane z idealnych heksagonów. Tak jak w każdej chemicznej strukturze, zdarzają się różnorodne defekty strukturalne. Jednym z nich jest defekt Stone-Wales’a. Polega on na przekształceniu się, w specyficznych warunkach, układu heksagonów w układ naprzemiennych penta- i heptagonów. Defekt ten zainspirował grupę naukowców z NUST MISIS Laboratory Of Inorganic Nanomaterials do badań nanorurek z tym defektem pod kątem ich przewodności. 

Utworzenie defektu Stone-Wales’a uzyskuje sie poprzez obrócenie o 90 stopni jednego z wiązań węglowych. Migracja tego defektu wzdłuż ściany mocno ogrzanej nanorurki przy użyciu naprężenia mechanicznego może prowadzić do zmiany jej właściwości elektronicznych. W latach 90. kiedy wykonywano podobne badania nie uzyskano żadnych potwierdzeń eksperymentalnych dla tej hipotezy. Natomiast artykuł wspomnianej grupy naukowców, opublikowany na łamach „Ultramicroscopy” przedstawia przekonujący dowód na jej słuszność.

W dalszych badaniach – poprzez zastosowanie naprężenia mechanicznego – zdeformowane opisanym defektem nanorurki, zostały poddane eksperymentowi symulowanemu na poziomie atomowym. Początkowo, nanorurki wydłużono, aby uformować pierwszy strukturalny defekt zawierający dwa pentagony i dwa heptagony. Następnie uzyskane wydłużenie rurki zaczęło „rozszerzać” się na boki, reorganizując pozostałe wiązania węglowe. Na tym etapie, struktura nanorurek uległa zmianie. Przy dalszym wydłużaniu, coraz więcej defektów Stone-Wales’a zaczęło formować się, prowadząc ostatecznie do istotnych zmian w przewodnictwie nanorurki. 

Grupa naukowców stwierdzając zgodność danych eksperymentalnych z danymi własnej symulacji proponują nowe rozwiązanie dla technologii elektronicznych. W połączeniu z metalami, uzyskane struktury z pewnością mogą znaleźć zastosowanie w rozwoju półprzewodników stosowanych w ultraczułych sensorach i innych mikroprocesorach.

Źródło tekstowe: https://nano-magazine.com/news/2018/10/23/deformation-of-nanotubes-to-control-conductivity

Redaktor: Jagoda M. Wierzbicka