Физики Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского установили, что сборка многослойных нанотрубок в плотные жгуты кардинально меняет их поведение под нагрузкой. Поперечное сжатие таких структур уменьшается почти вдвое, тогда как продольная жесткость остается практически неизменной. Эти данные помогут инженерам проектировать сверхлегкие и прочные материалы для корпусов ракет, бамперов автомобилей и гибкой электроники.
В пресс-службе Минобрнауки РФ рассказали, что в центре внимания ученых оказались нанотрубки с хиральностью (m,2m). Этот тип отличается тем, что атомный рисунок повторяется вдоль оси независимо от диаметра, что позволяет согласовать решетки разных стенок с ювелирной точностью. Исследователи смоделировали системы, содержащие до 6804 атомов, сравнив свойства одиночных трубок (внутренним диаметром 2–5 нм) и их плотных агрегатов.
Расчеты показали, что упаковка в жгут повышает энергетическую стабильность. Для одиночных нанотрубок коэффициент Пуассона (поперечная деформация при растяжении) составлял 0,24–0,30, а для жгутов этот показатель упал до 0,11–0,16. При этом влияние на жесткость оказалось двойственным: у тонких трубок модуль Юнга снижается из-за проскальзывания, но у толстых многослойных структур жесткость жгута сохраняется на уровне единичного образца.
Мы впервые провели сравнение свойств на единой методологической основе, сочетая точность квантовых расчетов с возможностью моделирования больших систем. Нанотрубки с нашей геометрией ложатся друг на друга как детали конструктора, что позволило увидеть точный эффект соседства.
Практическую ценность имеют трубки диаметром 4–5 нм с тремя стенками – они дают оптимальное сочетание жесткости и устойчивости к деформациям. Исследование поддержано грантом РНФ и опубликовано в журнале Diamond and Related Materials.
Ранее физики создали инструмент для охлаждения будущих микрочипов.