Гайхалтай шинж чанаруудыг нь өөрчилдөг эрлийз материалаар хийсэн шинэ нүүрстөрөгчийн нано хоолойн бүтэц

Нүүрстөрөгчийн нано хоолой (ННТ), фуллерен, графен зэрэг нүүрстөрөгч дээр суурилсан наноматериалууд нь өвөрмөц физик шинж чанараараа сонирхолтой байдаг. Шинэ судалгаагаар эрлийз нано бүтцийн боломжийг судалж, мэдэгдэхүйц дулааны болон механик шинж чанартай шинэ сүвэрхэг графен ННТ эрлийз бүтцийг танилцуулж байна.

Энэхүү судалгаагаар CNT болон графен, түүнчлэн янз бүрийн дүүргэгчийн дотоод геометрийн зохион байгуулалтыг бага зэрэг өөрчлөх замаар шинэ графен CNT гетероструктурын чухал шинж чанаруудыг хэрхэн өөрчилж болохыг харуулж байна.

Графен CNT эрлийз бүтэц дэх дулаан дамжуулалт болон механик бат бөх чанарыг нарийн хянах чадвар нь үүнийг төрөл бүрийн хэрэглээнд, ялангуяа жин ба бат бэх нь чухал ач холбогдолтой дэвшилтэт сансрын үйлдвэрлэлд тохиромжтой нэр дэвшигч болгодог.

Нүүрстөрөгчийн нано бүтэц: нүүрстөрөгчийн нано хоолой, графен, фуллерен

Нүүрстөрөгчийн нано бүтэц болон олон төрлийн нүүрстөрөгчийн нано бүтцийн холимогийг саяхан олон төрлийн мэдрэгч, фотоволтайк, бактерийн эсрэг, эрчим хүч хадгалах, түлшний элемент болон хүрээлэн буй орчныг сайжруулах хэрэглээнд ашиглах боломжтой гэж судалж байна.

Судалсан хамгийн алдартай нүүрстөрөгчийн суурьтай нано бүтэц нь CNT, графен болон фуллерен юм. Маш жижиг хэмжээтэй тул эдгээр бүтэц нь өвөрмөц дулааны, механик, электрон болон биологийн шинж чанартай байдаг.

Нанометрийн дэд хүрээнд хэмжсэн бүтэц нь квант физикийн тусгай хуулиудын дагуу ажилладаг тул тэдгээрийг квант туннел, квант суперпозици болон квант орооцолдол зэрэг зөн совингийн бус үзэгдлийг ашиглахад ашиглаж болно.

Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь нүүрстөрөгчөөр хийгдсэн хоолой бөгөөд диаметр нь хэдхэн нанометр юм. Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь гайхалтай цахилгаан дамжуулах чадвартай бөгөөд зарим нь хагас дамжуулагч материал юм.

Нүүрстөрөгчийн нано хоолойнууд нь нано бүтэц болон нүүрстөрөгчийн атомуудын хооронд үүссэн ковалент холбооны бат бөх чанараасаа шалтгаалан өндөр суналтын бат бэх болон дулаан дамжуулалттай байдаг.

Нүүрстөрөгчийн нано хоолой нь электроник, оптик болон композит материалын үнэ цэнэтэй материал бөгөөд дараагийн хэдэн жилд нүүрстөрөгчийн ширхэгийг орлох боломжтой. Нанотехнологи болон материалын шинжлэх ухаан нь мөн судалгаандаа нүүрстөрөгчийн нано хоолойг ашиглаж байна.

Графен бол зургаан өнцөгтөөс бүрдсэн хоёр хэмжээст торны бүтцэд байрлуулсан нүүрстөрөгчийн атомын нэг давхарга хэлбэртэй нүүрстөрөгчийн изомер юм. 2004 онд Их Британийн Манчестерийн Их Сургуульд эрдэмтэд Эндрю Гейм, Константин Новоселов нарын хийсэн цуврал анхдагч туршилтуудын үеэр графеныг анх ялгаж авсан бөгөөд энэ нь тэдэнд 2010 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн юм.

Түүнээс хойшхи хэдэн арван жилийн хугацаанд графен нь электроник, мэдрэгч болон бусад дэвшилтэт технологид өргөн хүрээний, олон төрлийн хэрэглээнд зориулагдсан маш өндөр суналтын бат бэх, тунгалаг байдал, цахилгаан дамжуулах чадвартай ашигтай наноматериал болжээ.

Ллерен бол хэсэг хугацаанд мэдэгдэж байсан өөр нэг нүүрстөрөгчийн изомер юм. Үүний молекул нь хаалттай эсвэл хэсэгчлэн хаалттай байж болох торонд дан ба давхар холбоогоор холбогдсон нүүрстөрөгчийн атомуудаас бүрдэнэ. Тор нь таван, зургаа эсвэл долоон атомын цагирагт нийлдэг.

Фуллерен молекулууд нь хөндий бөмбөлөг, эллипсоид, гуурсан хоолой эсвэл бусад олон хэлбэр, хэмжээтэй байж болно. Графеныг фуллерен гэр бүлийн туйлын гишүүн гэж үзэж болох ч өөрийн гэсэн материалын ангилалд багтдаг.

Эрлийз нано бүтэц

Эдгээр нүүрстөрөгчийн нано бүтцийг тус тусад нь ойлгож, тодорхойлоход хөрөнгө оруулалт хийсэн өргөн хүрээтэй судалгаанаас гадна эрдэмтэд хоёр ба түүнээс дээш нано бүтэцтэй элементүүдийг нэг материал болгон нэгтгэдэг эрлийз нано бүтцийн шинж чанарыг судалж байна.

Жишээлбэл,хөөссэндвичний бүтэц зохион бүтээх, био нийцтэй загвар, өндөр бат бэх, бага жинтэй бүтцийн дизайн зэрэг практик хэрэглээнд тохиромжтой болгодог тохируулж болох шинж чанартай.

Нүүрстөрөгчийн суурьтай нано хөөсийг анагаах ухаанд ясны гэмтлийг судлах, ясны эдийг орлуулах суурь болгон ашиглаж ирсэн.

Нүүрстөрөгч дээр суурилсан зөгийн балны бүтцийг химийн уурын тунадасжуулалт (CVD) болон уусмалын боловсруулалтаар үйлдвэрлэдэг. Графеныг биологийн болон анагаах ухааны хэрэглээнд ашиглахын тулд оч плазмын хайлуулах (SPS) аргыг мөн хэрэгжүүлсэн.

Тиймээс эрдэмтэд гурван хэмжээст нүүрстөрөгчийн хөөсөн бүтцийг тогтвортой болгох арга замыг хайж байна. Судалгаагаар энэ материалыг өргөн хүрээний хэрэглээнд хангалттай тогтвортой болгохын тулд янз бүрийн төрлийн бүтэц (нүүрстөрөгчийн нано хоолой, фуллерен ба графен) хооронд тогтвортой холболт үүсгэх шаардлагатай байгааг харуулсан.

Эрлийз нано бүтцийн талаарх шинэ судалгаа

Туркийн Истанбулын Техникийн Их Сургуулийн механик инженерүүдийн хийсэн шинэ судалгаагаар химийн холбоогоор үүссэн шинэ төрлийн эрлийз нано бүтцийг танилцуулж байна.

Сүвэрхэг графен CNT бүтцийг нано тууз дахь CNT-ийн эргэн тойронд графеныг зохион байгуулах замаар үүсгэдэг. Нүүрстөрөгчийн нано хоолойн эргэн тойрон дахь графен нано тууз давхаргын өөр өөр геометрийн зохион байгуулалт (дөрвөлжин, зургаан өнцөгт болон алмазан хээ) нь материалд өөр өөр физик шинж чанарыг ажиглахад хүргэдэг бөгөөд энэ геометрийн дахин зохион байгуулалтыг шинэ бүтцийг нарийн тохируулахад ашиглаж болохыг харуулж байна.

Жишээлбэл, судлаачид фуллерен агуулсан бүтэц нь суналтын бат бэхийг алдагдуулахгүйгээр шахалтын тогтвортой байдал болон бат бөх чанарыг мэдэгдэхүйц харуулсан болохыг тогтоожээ. Нүүрстөрөгчийн нано бүтцийн геометрийн зохион байгуулалт нь тэдгээрийн дулааны шинж чанарт мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлсэн.

Судлаачид эдгээр шинэ эрлийз нано бүтэц нь ялангуяа сансар судлалын салбарт чухал давуу талуудыг санал болгодог гэж хэлж байна. Эдгээр эрлийз бүтэцтэй нано бүтцийг устөрөгчийн хадгалалт болон наноэлектроникт ашиглаж болно.