Углеродные нанотрубки (УНТ) — перспективный материал, который планируется использовать в широком спектре отраслей — от производства велосипедов до микроэлектроники. Однако, как недавно выяснилось, даже минимальное нарушение атомной структуры УНТ приводит к падению их прочности на 50%. Это ставит под сомнение возможность строительства космического лифта из материала на основе углеродных нанотрубок.

Прочность УНТ определяется их атомной структурой — каждая трубка имеет стенку толщиной всего один атом углерода, а сами атомы образуют гексагональную решетку. Согласно теоретическим расчетам, предел прочности на разрыв для каждой нанотрубки составляет 100 ГПа. Это делает УНТ одним из самых прочных материалов. К сожалению, волокно, полученное из нанотрубок, будет иметь существенно меньшую прочность — всего 1 ГПа.

К такому выводу пришли специалисты Гонконгского политехнического университета под руководством профессора Фэна Дина (Feng Ding). Ученые моделировали дефектные нанотрубки, в которых не хватало атомов или их было больше, чем необходимо. Ячейки атомной решетки из шестиугольников превращались в пятиугольники и семиугольники. Также исследователи проанализировали нанотрубки с изломами. Как оказалось, даже единичных дефектов в атомной структуре было достаточно для падения прочности нанотрубок до 40 ГПа, причем эффект быстро усиливался с увеличением количества смещенных атомов.

Моделирование показывает, что излом нанотрубки становится слабым местом, с которого может начаться цепной распад углерод-углеродных связей. Еще сильнее этот эффект проявляется, когда нанотрубки сплетены в волокно — как только одна УНТ разрушается, нагрузка на остальные резко возрастает, и они также лопаются.

По данным ученых, лишь одного лишнего атома будет достаточно, чтобы значительно ослабить все УНТ-волокно.

«Только углеродные нанотрубки идеального качества могут сохранять максимальную прочность. Такие УНТ слишком трудно производить в достаточном количестве», — заявил Дин.

 

Это плохая новость для тех, кто собирался строить космический лифт из материала на основе УНТ. По расчетам ученых, прочность троса на разрыв в такой конструкции должна быть не меньше 50 ГПа, поэтому долгое время считалось, что углеродные нанотрубки отлично подойдут для этих целей. Однако Дин считает подобную конструкцию невозможной.

Внимание! У Вас нет прав для просмотра скрытого текста.





Печать Источник