NUST MISIS-Wissenschaftler entdecken spezielle Verformungen von Nanoröhren, mit denen diese ihre Leitfähigkeit verändern können

Moskau (ots/PRNewswire) -

Wissenschaftler des NUST MISIS Laboratorium für anorganische
Nanomaterialien haben gemeinsam mit ihren internationalen Kollegen
nachgewiesen, dass es möglich ist, die strukturellen und leitfähigen
Eigenschaften von Nanoröhren durch Dehnung zu verändern. Dies könnte
die Anwendung von Nanoröhren auf die Elektronik und hochpräzise
Sensoren wie Mikroprozessoren und hochpräzise Detektoren ausweiten.
Der Forschungsartikel wurde veröffentlicht in Ultramicroscopy.
(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399118300226)

(Logo: http://mma.prnewswire.com/media/484501/NUST_MISIS_Logo.jpg
)

Kohlenstoff-Nanoröhren können als eine Platte aus Graphen
dargestellt werden, die auf besondere Weise gewalzt wird. Es gibt
verschiedene Möglichkeiten, sie zu "falten", was dazu führt, dass die
Graphenkanten in verschiedenen Winkeln miteinander verbunden sind.
Dadurch werden Nanoröhren gebildet, die "Armchair", "Zigzag" oder
"Chiral" genannt werden.

Nanoröhren gelten als vielversprechende Materialien für den
Einsatz in der Elektronik und Sensorik, da sie eine hohe elektrische
Leitfähigkeit aufweisen, die in Produkten wie Mikroprozessoren und
hochpräzisen Detektoren gut funktionieren würde. Bei der Herstellung
von Kohlenstoff-Nanoröhren ist es jedoch schwierig, deren
Leitfähigkeit zu kontrollieren. Nanoröhren mit metallischen und
halbleitenden Eigenschaften können zu einem einzigen Array werden,
während die mikroprozessorgestützte Elektronik halbleitende
Nanoröhren mit den gleichen Eigenschaften erfordert.

Wissenschaftler des NUST MISIS Laboratorium für anorganische
Nanomaterialien haben gemeinsam mit einem Forschungsteam aus Japan,
China und Australien unter der Leitung von Professor Dmitri Golberg
eine Methode vorgeschlagen, die es ermöglicht, die Struktur von
vorgefertigten Nanoröhren zu modifizieren und damit ihre leitenden
Eigenschaften zu verändern.

"Die Basis der Nanoröhre - eine gefaltete Schicht aus Graphen -
ist ein Gitter aus regelmäßigen Sechsecken, deren Scheitelpunkte
Kohlenstoffatome sind. Wird eine der Kohlenstoffbindungen in der
Nanoröhre um 90 Grad gedreht, bilden sich an dieser [Stelle] anstelle
eines Sechsecks ein Fünfeck und ein Siebeneck, und es entsteht in
diesem Fall ein sogenannter Stone-Wales-Defekt. Ein solcher Defekt
kann unter bestimmten Bedingungen in der Struktur auftreten. Bereits
in den späten 90er Jahren wurde vorhergesagt, dass die Migration
dieses Defekts entlang der Wände einer hoch erhitzten Nanoröhre unter
mechanischer Belastung zu einer Veränderung seiner Struktur führen
könnte - eine sequentielle Veränderung der Chiralität der Nanoröhre,
die zu einer Veränderung seiner elektronischen Eigenschaften führt.
Es wurden bisher keine experimentellen Belege für diese Hypothese
vorgelegt, aber unsere Forschungsarbeit hat einen überzeugenden
Beweis dafür erbracht", so Professor Pavel Sorokin, Doktor der Physik
und Mathematik und Leiter des Infrastrukturprojekts "Theoretische
Materialwissenschaft der Nanostrukturen" am NUST MISIS Laboratorium
für anorganische Nanomaterialien.

Wissenschaftler des NUST MISIS Laboratorium für anorganische
Nanomaterialien haben Simulationen des Experiments auf atomarer Ebene
durchgeführt. Zuerst wurden die Nanoröhren verlängert, um den ersten
strukturellen Defekt zu bilden, der aus zwei Fünfecken und zwei
Siebenecken bestand (ein Stone-Wales-Defekt, bei dem sich die
verlängerte Verlängerung der Röhre zu den Seiten zu "verbreiten"
begann und andere Kohlenstoffbindungen neu anordnete). In diesem
Stadium änderte sich die Struktur der Nanoröhren. Mit zunehmender
Dehnung begannen sich immer mehr Stone-Wales-Defekte zu bilden, die
schließlich zu einer Veränderung der Leitfähigkeit der Nanoröhren
führten.

"Wir waren für die theoretische Modellierung des Prozesses auf
einem Supercomputer im NUST MISIS Labor für Modellierung und
Entwicklung von Neuer Materialien für den experimentellen Teil der
Arbeit verantwortlich. Wir freuen uns, dass die Simulationsergebnisse
die experimentellen Daten [unterstützen]", fügte Dmitry Kvashnin,
Co-Autor der Forschungsarbeit, Kandidat der Physikalischen &
Mathematischen Wissenschaften und Forscher am NUST MISIS
Laboratorium für anorganische Nanomaterialien.

Die vorgeschlagene Technologie ist in der Lage, bei der
Transformation der Struktur von "metallischen" Nanoröhren für ihre
weitere Anwendung in der Halbleiterelektronik und in Sensoren wie
Mikroprozessoren und ultrasensitiven Detektoren zu helfen.

QUELLE: http://en.misis.ru/university/news/science/2018-10/5621/

Pressekontakt:
Dina Moiseeva
d.moiseeva@misis.ru
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