Las nanobobinas de carbono (CNC) compuestas de nanofibras de carbono con forma helicoidal tienen aplicaciones potenciales que incluyen resortes mecánicos y nano-solenoides. Hay algunos informes que miden la constante de resorte de los CNC.

Sin embargo, la respuesta del CNC al estiramiento prolongado, que incluye el alargamiento elástico inicial hasta la deformación a gran escala en el régimen plástico y la posterior fractura por tracción seguida de la contracción posterior a la fractura y la liberación de la tensión aplicada, permanece indeterminado. Es de vital importancia asegurar las mediciones en tiempo real de la deformación CNC más allá del régimen elástico lineal.

Aquí, Taiichiro Yonemura y sus colegas de la Universidad Tecnológica de Toyohashi describen los datos de deformación en tiempo real que mostraron un cambio secuencial en la geometría del CNC después de que cada bobina se sometiera a una carga uniaxial a una velocidad constante.

Las pruebas de tracción CNC se realizaron de la siguiente manera:Los CNC se instalaron en un sistema FIB con una sonda de tungsteno (W) con un diámetro de punta de 500 nm y la sonda W se movió hasta que se adhirió al CNC utilizando un haz de iones de Pt mientras que el haz de iones de Si cortó el Fondo CNC; luego, la sonda W adherida por CNC se acerca a la superficie del sustrato de una mesa de resorte, hasta que el CNC estuvo casi perpendicular al sustrato. Las pruebas de tracción se realizaron en nueve CNC cambiando gradualmente la distancia entre el sustrato y la sonda W.

Se monitorearon los datos en tiempo real de una prueba de tracción CNC realizada utilizando una mesa de resorte en la cámara FIB. Una serie de tres imágenes de microscopía iónica de barrido (SIM) ofrece una visualización de la evolución geométrica del CNC bajo una carga de tracción. Estas imágenes fueron capturadas en estado libre (t =0 s), el punto de alargamiento máximo (t =910 s), y un estado posterior a la fractura (t =960 s).

Para determinar el límite elástico de los CNC, Examinamos la relación entre la deformación aplicada y las relaciones de alargamiento residual de los CNC después de la liberación de carga. El resultado indica que los CNC estaban en la región elástica para alargamientos de hasta aproximadamente un 15% de deformación.

Ensayos de tracción, realizado en nueve CNC diferentes, reveló que la constante de resorte del CNC promedio era de 1.8 N / m. Usando una ecuación teórica para el diseño de resortes macroscópicos, Se estimó que los módulos de corte de los nueve CNC eran de 6 GPa en promedio. Estos resultados pueden servir como un hito para el desarrollo de aplicaciones basadas en CNC en el futuro.