Механические свойства углеродных нанотрубок

Нанотрубка (углеродная или неуглеродная) представляет собой один скрученный в полный цилиндр графеновый лист (однослойная). Нанотрубки могут быть и многослойными, т.е . представлять собой несколько скрученных листов и иметь следующие типы структур: «матрешка», рулон (свиток), папье-маше. Все подобные образования относятся к табулярным (трубчатым) структурам, но многослойные образования могут иметь также округлую форму (онионы), в сечении напоминающем луковицу.

Прочность нанотрубок исследовали при испытании на сжатие. Было найдено, что перед тем, как разрушиться они могут оказаться согнутыми. Толстостенные трубки сгибались, тогда как тонкостенные имели тенденцию к разрушению или перелому. Были оценены напряжения, необходимые для того, чтобы получить изгиб или разрушение, и найдены величины, находящиеся в диапазоне 100-150 ГПа. Эти оценки показывают, что нанотрубки имеют прочность на сжатие по крайней мере в 100 выше, чем любое другое известное волокно.

Были проведены исследования углеродных нанотрубок, подвергнутых большим изгибным напряжениям, с помощью атомносиловой микроскопии. Было обнаружено, что такие трубки можно согнуть повторно на большие углы без их нарушения. Были идентифицированы два типа поведения: регулярные сгибы и более сильные сгибы, содержащие большие деформации. Появлявшиеся очень резкие перегибы были отнесены к постоянным дефектам, хотя в некоторых случаях наблюдались сильнодеформированные трубки не имеющие явного повреждения. Эти эксперименты дают дополнительное доказательство экстраординарной эластичности нанотрубок.

Углеродные нанотрубки намного жестче всех известных материалов. Исследования показали возможность работы нанотрубок при больших напряжениях во время зондирования. Гибкость графитовых цилиндров дает возможность трубкам выдерживать экстремальные деформации без разламывания и во многих случаях после таких деформаций возвращаться в исходное состояние неповрежденными. Это отличает их от обычных углеродных волокон, которые намного более чувствительны к разрыву при изгибе или скручивании.

Такие уникальные возможности нанотрубок, несомненно, приведут к активному их использованию. Уже сейчас нанотрубки с большим успехом используются как острия в сканирующих зондовых микроскопах не только для топологического изображения, но и для химического изображения, и исследования взаимодействий между органическими макромолекулами. Жесткость нанотрубок может открыть возможность их использования для зондирования наномира.

Механические свойства квазикристаллов

Квазикристалл Понятие квазикристалла обобщает определение кристалла. Вместо структурной единицы, повторяемой в пространстве строго периодическим образом, ключевым понятием становится дальний порядок.

Наиболее исследованным свойством квазикристаллов является твердость. Квазикристаллы характеризуются высоким уровнем твердости, что обусловлено высоким уровнем модулей упругости.

Определение предела текучести при пониженных температурах в квазикристаллах связано с большими трудностями, вызванными явлением низкой пластичности этих материалов, которое не позволяет определить предел текучести не только при испытаниях на растяжение, но и на сжатие.

Даже при измерении микротвердости квазикристаллов часто происходит их микрорастворение. Низкая пластичность квазикристаллов обусловлена высокой силой сопротивления движению дислокаций из-за отсутствия трансляционной периодичности атомов.

Квазикристаллы – хрупкие материалы при температурах ниже примерно 500 °С их трещиностойкость при очень малом размере зерен составляет всего 1 МПа м^1/2. При температурах выше 500 °С квазикристаллы очень пластичны и не упрочняются. Это специфическое механическое поведение связано с зарождением дислокаций и их динамикой. Отсутствие упрочнения при высоких температурах связано с неконсервативным механизмом движения дислокаций (переползанием) и преодолением фазонных барьеров их движению.