Обсуждаем на форуме
Новый материал на основе нанотрубок с вязкоупругими свойствами в интервале от –196 до 1000°C
Углеродные нанотрубки уже давно превратились из экзотического объекта, находящегося на переднем крае науки, в типичный материал, над которым повсеместно проводятся систематические исследования электронных и механических свойств и даже токсичности. Теперь всё внимание переключилось на более перспективного углеродного собрата – графен. Однако на днях исследователи из Японии всё-таки порадовали нас новым материалом на основе углеродных нанотрубок, который обладает вязкоупругими свойствами в интервале температур от –196 до 1000°C.
Вязкоупругостью, как можно догадаться, называют свойство вещества сочетать в себе упругость и вязкость. Обычные вязкоупругие материалы при низких температурах становятся хрупкими, а при высоких разрушаются. Например, силиконовая резина используется в интервале температур от –55 до 300°C. У представленного углеродного материала механические характеристики практически неизменны при температурах от –140 до 600°C.
Всё дело, конечно же, в микроструктуре материала. Он состоит из сильно спутанных длинных углеродных нанотрубок, что напоминает структуру обычных вязкоупругих полимеров с перепутанными углеродными цепями. В полимерах механические свойства связаны с подвижностью этих цепей, а она в свою очередь сильно зависит от температуры. Здесь же всё определяется свойствами нанотрубок и контактов между ними. Сами нанотрубки прочны и жестки, но структура из перепутанных трубок позволяет эффективно рассеивать энергию при деформации, т.е. придает материалу и вязкие свойства. Ученые считают, что в рассеяние энергии протекает за счёт перемещения точек контакта между нанотрубками при деформации, т.к. для отрыва нанотрубок друг от друга требуется совершить работу против ванн-дер-ваальсовых сил. В свою очередь, ванн-дер-ваальсовы взаимодействия не зависят от температуры, что обеспечивает нечувствительность механических свойств материала к изменению температуры.
Под нагрузкой нанотрубки распрямляются и полностью выстраиваются в одном направлении при деформации сдвига 100%, после чего начинается разрушение материала. Углеродные нанотрубки стабильны на воздухе до температуры около ~400°C и существенно устойчивее в инертной атмосфере, что позволяет использовать материал в широком температурном интервале.
Комментарии