Zlomené nanotrubice vibrace různě

První měřené vibrační režimy uhlíkových drátů

Schematické znázornění uhlíkové nanotrubice © Max Planck Institute for Solid State Research
číst nahlas

Vždy bylo snem vědců studovat vibrace molekulárních řetězců v místě konkrétního atomu. Vědci Maxe Plancka nyní poprvé dokázali měřit vibrační režimy uhlíkových nanotrubic atomovým rozlišením pomocí skenovacího tunelového mikroskopu.

Vědci zjistili, že nanotrubice v blízkosti atomových defektů vykazují lokálně změněné elektronické a mechanické vlastnosti, které mají zásadní důsledky pro jejich chování jako celek.

Od svého objevu v roce 1991 využívají uhlíkové nanotrubice představivost vědců a inženýrů prostřednictvím svých slibných vlastností. Očekává se, že tyto nanoworld objekty, které se skládají z válcovaných grafitových vrstev a mají průměr jednoho nanometru - 10 000krát menší než lidské vlasy - se budou v budoucnu používat jako molekulární komponenty v zařízeních nanometrů. Unikátní elektrické vlastnosti těchto nanočástic, které mohou být kovové nebo polovodivé v závislosti na atomové struktuře, umožňují vývoj nejmenších součástí, jako jsou nanotransistory, plynové senzory, superkondenzátory nebo ploché obrazovky.

Uhlíkové nanotrubice s výjimečnými mechanickými vlastnostmi

Kromě toho mají uhlíkové nanotrubice také mimořádné mechanické vlastnosti: Protože vazba uhlík-uhlík je jednou z nejsilnějších v přírodě, jsou nanotrubice po své ose asi pětkrát tvrdší než ocel. Na druhé straně jsou také flexibilní a vydrží extrémní ohyby a zákruty nezraněné. Kompozitní materiály vyztužené uhlíkovými nanotrubicemi by mohly v budoucnu nahradit jiné materiály, a tak poskytnout významné úspory hmotnosti tam, kde je vyžadována vysoká pevnost, například v automobilovém a leteckém průmyslu.

Tyto jedinečné elektronické a mechanické vlastnosti však velmi závisejí na tom, zda jsou nanotrubičky postaveny na dokonalém atomovém plánu. Stejně jako tón housle struny závisí na síle materiálu struny a je narušen poškozením, vibrace uhlíkové trubice naznačují, zda její mechanické vlastnosti jsou ovlivněny defekty, jako jsou chybějící nebo další atomy nebo vazby, a nanotrubice se tak stává „měkčí“. je. Abychom rozšířili naše znalosti o vlivu defektů na mechanické vlastnosti, je proto nesmírně důležité mít možnost stanovit režimy vibrací přímo u defektů. zobrazit

Vibrace určené pomocí „nano-strun“

Vědci z Institutu Maxe Plancka pro výzkum v pevném stavu ve Stuttgartu nyní dokázali stanovit atomy vibrací těchto „nano-strun“. Ukázalo se, že chyby v plánu nanotrubek silně ovlivňují jejich oscilační pohyb. V analogii houslového řetězce vědci zjistili, že nanotrubice různých průměrů mají také různé výšky a že defekty, jako jsou chybějící atomy, výrazně mění hřiště. V extrémních případech, kdy jsou dvě vady velmi blízko u sebe, „nanořetězec“ v této sekci skutečně mlčí. K vizualizaci atomového světa vibrací vědci použili skenovací tunelovací mikroskop pracující při teplotě 6 K (-267 ° C). Vibrační režimy uhlíkových nanotrubic mohou být určeny s rozlišením subnanometru typickým pro tento nástroj, protože tunelovací elektrony ztrácí energii na vibrační uhlíkové mřížce, a proto se mění síla tunelového proudu,

Nové výsledky měření jsou důležitými milníky na cestě k porozumění proudu a přenosu tepla v uhlíkových nanotrubičkách, vlastnostech, které určují jejich použitelnost v elektronických součástkách. Vibrace atomů snižují elektrickou vodivost a omezují výkon nanotransistorů nebo jiných zařízení. S rostoucí hustotou defektů se současně snižuje síla a schopnost transportovat teplo.

Vědci podávají zprávu o svých zjištěních v posledním vydání dopisů o fyzickém přezkumu.

(idw MPG, 29.09.2004 - DLO)