(Phys.org) - ¿Qué sucede cuando disparas nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) con un arma a un objetivo de aluminio a una velocidad de más de 15? 000 mph? Los científicos finalmente tienen la respuesta. Si un nanotubo alcanza el objetivo en un ángulo de 90 ° (de frente), se romperá y deformará drásticamente. Sin embargo, si es paralelo al objetivo en el momento del impacto, el nanotubo se descomprimirá, resultando en una nanocinta de grafeno 2D. Esta observación es inesperada, ya que las simulaciones anteriores han demostrado que los nanotubos se rompen en pedazos cuando se someten a grandes fuerzas mecánicas.

Investigadores Sehmus Ozden, et al., en Rice University en Houston, Texas, NOSOTROS; la Universidad Estatal de Campinas en Campinas, Brasil; y el Instituto Indio de Ciencias en Bangalore, India, han publicado un artículo sobre los resultados de sus experimentos de colisión de nanotubos de alto impacto en una edición reciente de Nano letras .

En su estudio, los investigadores empaquetaron MWCNT como perdigones en la cámara de vacío de una pistola de gas ligera, un dispositivo que se usa comúnmente para experimentos de impacto a hipervelocidad. Los gránulos estaban compuestos en su mayoría de paquetes MWCNT no orientados, teniendo cada gránulo una forma esférica.

Debido a que no fue posible observar directamente el impacto debido al pequeño tamaño y la alta velocidad de los nanotubos, los investigadores analizaron las diferencias en los nanotubos utilizando un microscopio electrónico de transmisión antes y después del impacto para extraer información útil sobre lo que ocurre durante el impacto. También realizaron simulaciones de dinámica molecular para comprender mejor el efecto del impacto.

Aunque cada paquete de nanotubos (el perdigón) se disparó perpendicularmente al objetivo, los nanotubos individuales alineados aleatoriamente impactaron el objetivo en diferentes ángulos. Los investigadores encontraron que el ángulo de impacto tiene un gran efecto sobre los resultados de la colisión. En un ángulo de impacto de 90 °, los nanotubos deformados a lo largo de la dirección radial, esencialmente aplastado como la parte delantera de un automóvil en una colisión frontal. En un ángulo de impacto de 45 °, los nanotubos se deformaron en parte y se abrieron en parte.

En un ángulo de 0 °, los nanotubos se abrieron completamente cuando se dispararon al objetivo de aluminio. Los investigadores explican que la descompresión se produce en la escala de femtosegundos. En ese corto tiempo muchos átomos a lo largo del lado del nanotubo se estresan debido al impacto, resultando en la ruptura de los enlaces de carbono en línea recta a lo largo del lado del nanotubo.

En los ángulos de impacto de 90 ° y 45 °, por otra parte, menos átomos estuvieron involucrados en el impacto, por lo que el estrés estaba más concentrado en menos átomos. Muchos de estos átomos terminaron siendo expulsados ​​del nanotubo, en lugar de tener sus enlaces perfectamente rotos como en el escenario de ángulo de impacto de 0 °.

Descomprimir nanotubos de carbono para crear nanocintas de grafeno 2D es muy útil en nanociencia, pero hasta ahora se ha logrado típicamente con contaminantes químicos que dejan contaminantes. Al demostrar por primera vez que los nanotubos se pueden descomprimir rápidamente mediante medios mecánicos, el nuevo estudio ofrece un "corte limpio":una forma libre de productos químicos para producir nanocintas de grafeno de alta calidad. Como explicaron los investigadores, Las nanocintas de grafeno tienen ciertas ventajas sobre los nanotubos y el grafeno que las hacen atractivas para las aplicaciones.

"Las nanocintas de grafeno son buenas candidatas para materiales activos en la electrónica, siendo el canal de transistores de efecto de campo, ", dijo el coautor, el Dr. Robert Vajtai, de la Universidad de Rice. Phys.org . "Son superiores a los nanotubos de carbono, ya que su banda prohibida es más predecible. También, son superiores al grafeno en sí, ya que el grafeno no tiene banda prohibida, pero hacer una franja estrecha a escala nanométrica abre la banda prohibida debido al confinamiento cuántico, por lo que es un semiconductor ".

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