ЭлементыЭлементы большой науки
Жизнь в науке. Дневники
Главная / Дневники / Константин Богданов / Запись

КАК МОЖНО ВЫЧИСЛИТЬ ПРОЧНОСТЬ УГЛЕРОДНОЙ НАНОТРУБКИ

mbov1147
20.03.2009
09:15
На одной из лекций меня спросили, почему углеродные нанотрубки в десятки раз прочнее стали. Я стал говорить об отсутствии дефектов у "идеальных" нанотрубок, о поликристаллической структуре металлов и т.п., но сразу понял, что ответить "на пальцах" не смогу.
В короткой заметке, находящейся здесь, >
http://kbogdanov5.narod.ru/nanotube-strength.htm
я постарался вычислить прочность идеальной нанотрубки, приняв некоторые допущения и не выходя за пределы школьного курса физики.
Ответить предыдущая | следующая

КОММЕНТАРИИ:

20.03.2009 13:22#
a-xandr
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
Отлично. Просто и со вкусом.
Но это по сути статический расчет. Что изменится при удлинении нанотрубки под действием продольной силы? Останутся ли параметры прежними (диаметр, расстояния, углы и пр.)? Не возникнут ли поворотные моменты? Может быть появятся какие-то дополнительные силы, которые увеличат оценку, чтобы еще более приблизится к экспериментальному значению?
20.03.2009 13:45#
mbov1147
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
По-видимому, при удлинении трубки её геометрия изменится. Однако, если правильные шестиугольники, образуемые атомами углерода, при удлинении останутся правильными, то диаметр трубки должен ... возрасти!!! Может быть, я и не прав.
20.03.2009 14:18#
a-xandr
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
А почему правильные шестиугольники при удлинении останутся правильными?

Я не специалист в этой области и потому представляю себе деформацию нанотрубки, как деформацию "чулка" (скажем, из полимера или даже плетённого) при его растяжении. Ячейки вытягиваются, и диаметр "чулка" уменьшается. Какие силы сдерживают вращение (поворот осей действия сил) одних молекул вокруг других? Каковы особенности нанотрубки по сравнению с "чулком", сплетенным из молекул?
20.03.2009 20:58#
mbov1147
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
>А почему правильные шестиугольники при удлинении
>останутся правильными?

Если тянуть с одинаковой силой за все атомы, лежащие в одном поперечном сечении трубки, то все С-С связи будут растягиваться одинаково, а значит деформированные шестиугольники останутся правильными.

Однако на самом деле, (1) атомы углерода находятся в вершинах ПОЧТИ правильных шестиугольников и (2) не все связи сигма-связи; одна треть из них пи-связи. Поэтому, конечно, нанотрубка при растяжении должна вести себя, как чулок.
22.03.2009 20:12#
lesnik
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
Если не ошибаюсь, эффект наноструктуры в данном случае сказывается только в том, что берётся только одна плоскость графита (и сворачивается в трубку), таким образом уберают слабое взаимодействие между плоскостями и следовательно увеличивается прочность материала. Это слабое взаимодействие между плоскостями, не скажу точно, обусловлено наверное ван-дер-вальсовскими силами, тогда как атомы углерода в плоскости связаны, насколько понимаю, ковалентными связями (также как и в алмазе). Ковалентная связь прочнее, например, металлической связи (которая имеет место в случае железа). Не знаю точно, но такое впечатление, что ковалентные связи обусловлены электронами на более низких орбиталях, чем металлические, поэтому соответствующий им потенциал - более глубокий, а жёсткость "пружины" взаимодействия между атомами выше. Сталь - это железо с примесью углерода, фактически композитный материал. За счёт железа она обладает наверное некоторой мягкостью (и проводит электричество), а за счёт углерода становится более прочной и жёсткой. Так что в конечном счёте, если не ошибаюсь, углеродные нанотрубки (как и алмаз) прочнее стали, по причине ковалентных связей между атомами по сравнению с металлическими, преобладающими в стали.
22.03.2009 20:32#
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
>Так что в конечном счёте, если не ошибаюсь, углеродные нанотрубки (как и алмаз) прочнее стали, по причине ковалентных связей между атомами по сравнению с металлическими, преобладающими в стали.

Если было так, то кремний и т.п. был бы на порядки прочнее стали. На самом деле дело в дефектности (показано А.Ф. Иоффе очень давно). В частности пластичность определяется скольжением дислокаций. В нанотрубке их (дислокаций) нет. Других дефектов - тоже.
22.03.2009 21:29#
lesnik
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
"Если было так, то кремний и т.п. был бы на порядки прочнее стали."

Но может всё-таки кремний прочнее железа?
22.03.2009 21:35#
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
>Но может всё-таки кремний прочнее железа?

Не на порядки же. В общем ковалетная связь действительно прочнее других, но всеже прочность реального материала определяется не этим.
23.03.2009 19:24#
a-xandr
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
Интересная новость:

Мышцы из нанотрубок – крепкие как алмаз, эластичные как резина

http://soft.mail.ru/pressrl_page.php?id=33092
23.03.2009 20:10#
putnik
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
> Мышцы из нанотрубок – крепкие как алмаз, эластичные как резина
http://soft.mail.ru/pressrl_page.php?id=33092


Интересная новость. :-)
Только слабенькие они пока еще... В 1000 раз слабее мышц человека.
24.03.2009 10:57#
a-xandr
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
>Автор: Наседкин Владимир ( putnik )
>Интересная новость. :-)
>Только слабенькие они пока еще... В 1000 раз слабее мышц человека.

Да. Мышцы работают, насколько я помню, иначе. Два пучка волокон электрическим полем затягиваются один в другой. (Подробностей не помню).
А в статье речь идет о взаимном отталкивании нанотрубок. Этот способ, конечно, не из лучших (лучше было бы, если бы одна нанотрубка втягивалась в другую, как в линейном электродвигателе :-). Но мне показалось интересным, что нанотрубки можно приспособить к этому делу. Главное - начало.
24.03.2009 11:04#
putnik
Как можно вычислить прочность углеродной нанотрубки
> Но мне показалось интересным, что нанотрубки можно приспособить к этому делу. Главное - начало.

Шуму конечно по поводу нанотехнологий излишне много, но может и какой-никакой практический результат от этих трубочек будет... :-)
Не всё ж деньги по карманам рассовывать просто так.
Вести дневник и оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи
Логин:
Пароль:
Зарегистрироваться
Последние сообщения
Помощь
Всего дневников: 640

Пользователей
в системе: 2728

Всего записей
и комментариев: 48561

Записей и комментариев
за последние 24 часа: 18

АКТИВНЫЕ ДНЕВНИКИ


 
Энциклопедия | Новости | Блоги | Календарь | Право | Библиотека | Детские вопросы | ЖОБ При поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия