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《自然—纳米技术》:实验测定碳纳米管“真实”机械性质

来源:www.timetimetime.net 时间:2020-05-02 编辑:励志
作者:任肖鹏资料来源:科学网发布时间:2008年

《自然—纳米技术》:碳纳米管“真实”力学性能的实验测定15年来,碳纳米管已经成为纳米技术的旗舰材料。科学家相信纳米管可以应用于从微电子器件到癌症治疗的许多领域。理论研究发现纳米管的原子结构赋予它们远远超过普通材料的机械和电学性能。然而,实验研究一直无法得到一致的结果。美国科学家的一项新研究首次用实验方法测量了碳纳米管的力学性能,结果与理论预测直接一致。相关论文于8月10日《自然—纳米技术》(自然纳米技术)在线发表。

碳纳米管通常是几微米长、直径小于30纳米的圆柱形结构。小尺寸使碳纳米管非常坚固,但同时也带来了难以单独检测的问题。正因为如此,实验结果通常与量子力学的理论预测大相径庭。

在最新的研究中,美国西北大学机械工程教授霍拉西奥埃斯皮诺萨(Horacio Espinosa)及其团队和美国阿尔贡国家实验室的科学家们通过使用基于微机电系统(微机电系统)的纳米级材料检测系统成功解决了上述问题。该系统基于透射电子显微镜提供的实时原子成像,可以在实验中进行载荷和位移的电子测量。

埃斯皮诺萨说,“成像和测量分辨率以及原子结构缺陷模糊了大多数先前实验的结果。然而,新方法消除了测试结果中的所有不确定性。我们非常确定所有测量的量,结果与量子力学语言非常一致。”

科学家进一步研究了碳纳米管的电子辐射效应。论文的第一作者贝彭(Bei Peng)表示,与此前普遍认为电子辐射会破坏碳纳米管的原子结构相反,“用强电子束照射多壁碳纳米管后,组成纳米管的外壳之间会形成化学键。这就像将多个纳米管组合成一个更强的结构。”

在此之前,科学家们已经建立了关于这一现象的理论。然而,最新研究利用计算机原子建模模拟碳纳米管的原子结构,发现了辐射引起的“交联”强化机制,证明多壁碳纳米管的特性可以通过电子辐射容易可控地改变。

合着者马克洛卡西奥(Mark Locascio)说,“通过辐射强化单个多壁碳纳米管的手段也可以用来将单个碳纳米管连接成束”,从而创造出更大的纳米管基结构。(科学网任肖鹏/编译器)

(《自然—纳米技术》(自然纳米技术),doi :10.1038/nnano 2008.211,Bei Peng,Horacio D. Espinosa)

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《自然—纳米技术》 abstract

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