Οι νανοσωλήνες γίνονται εύκαμπτοι

Από την ιστοσελίδα Physical Review Focus, Φεβρουάριος 2004

Ερευνητές διαμόρφωσαν νανοσωλήνες άνθρακα σε μορφές βρόχων και αγκίστρων. Οι φυσικοί ελπίζουν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις διατάξεις με διαμέτρους σωλήνων αρκετών νανομέτρων, για να δημιουργήσουν ηλεκτρικές και μηχανικές μικροσυσκευές, όπως πιο ευαίσθητους αισθητήρες της ροής των υγρών, ενώ το απροσδόκητο λύγισμα των σωλήνων δείχνει ότι είναι πιο ευπροσάρμοστοι απ' ότι υποθέταμε.


Οι ερευνητές συνήθως θεωρούν τους νανοσωλήνες ως μικροσκοπικές άκαμπτες ράβδους, αλλά όταν αυτοί μουσκέψουν σε νερό και στεγνώσουν αργά, λυγίζουν σε μια ποικιλία σχημάτων, όπως π.χ. αυτή η "φωλιά" φτιαγμένη από νανοσωλήνες

Η λεπτή διατομή και η ηλεκτρική αγωγιμότητα των νανοσωλήνων άνθρακα, που τους κάνουν να μοιάζουν με μικροσκοπικά σύρματα σε ατομική κλίμακα, τους κάνουν τέλειους υποψήφιους για αισθητήρες ή ηλεκτρικά κυκλώματα σε νάνο-μεγέθη.

Στην προσπάθειά τους οι ερευνητές να κατασκευάσουν διατάξεις νανοσωλήνων, συνήθως τους μεταχειρίζονται σαν μια δέσμη από ξερά άκαμπτα μακαρόνια. Ο Vladimir Tsukruk όμως και οι συνάδελφοί του στο πολιτειακό πανεπιστήμιο της Iowa στο Aimes, βρήκαν ότι με πολύ μικρές δυνάμεις μπορούν να λυγίσουν εύκολα τους νανοσωλήνες.

Η ομάδα αυτή βρισκόταν στη μέση της εξέλιξης ενός άλλου πειράματος: να ευθυγραμίσουν μια μεγάλη ομάδα νανοσωλήνων στον επιθυμητό προσανατολισμό. Κάποιες ομάδες έχουν πετύχει να κατευθύνουν τους νανοσωλήνες προς την ίδια κατεύθυνση, βυθίζοντας ήπια μια επιφάνεια καλυμμένη με νανοσωλήνες  μέσα σε νερό, και ευθυγραμμίζοντας τους νανοσωλήνες με τη ροή του νερού, όπως ευθυγραμμίζονται τα στάχυα σ' ένα χωράφι από τον άνεμο. 

Ο Tsukruk και οι συνεργάτες του ήθελε να δημιουργήσει λωρίδες ευθυγραμμισμένων νανοσωλήνων - οι οποίες θα εναλλάσσονταν με κενές λωρίδες - πάνω στην επιφάνεια ενός υποστρώματος πυριτίου. Πρώτα χρησιμοποίησαν μια παραλλαγή μιας καθιερωμένης τεχνικής για να δημιουργήσουν λωρίδες από σωλήνες τυχαίων προσανατολισμών. Η έκπληξη ήρθε όταν βύθισαν αυτά τα δείγματα στο νερό και τα στέγνωσαν αργά. Ένα 40% περίπου των σωλήνων λύγισαν σε σχήμα "U", αντί να παραμείνουν ίσιοι. Και όσοι απέκτησαν σχήμα U ευθυγραμμίστηκαν. Ρυθμίζοντας το ρυθμό της βύθισης, ανάσυρσης και στεγνώματος μπόρεσαν να κάνουν τα μόρια να ξαναλυγίσουν σε σχήμα τρύπας της βελόνας, θηλιάς ή ακόμα και φωλιάς. 

Οι ερευνητές υποθέτουν ότι η επιφανειακή τάση του εξατμιζόμενου νερού προκαλεί το λύγισμα. Οι σταγόνες προσκολλούνται στο υπόστρωμα μετά το βύθισμα στο νερό. Μερικές από αυτές συμβαίνει να είναι βρεθούν πάνω σε ένα νανοσωλήνα. Η επιφανειακή τάση κάνει το νανοσωλήνα να ακολουθεί το σχήμα της σταγόνας. Καθώς η σταγόνα εξατμίζεται και συρικνώνεται, ο σωλήνας καμπυλώνεται μαζί της. Οι διαφορές στο μέγεθος και στη θέση των σταγόνων οδηγεί τους νανοσωλήνες και σε διαφορετικά σχήματα. 

"Νομίζαμε τους νανοσωλήνες σαν ράβδους," λέει ο Tsukruk. "Αυτό που δείξαμε, είναι ότι ακόμη και πολύ ασθενικές δυνάμεις ροής, μπορούν να τους λυγίσουν και να τους δώσουν διάφορα σχήματα." "Για τον ίδιο λόγο, διατάξεις από λυγισμένους νανοσωλήνες θα μπορούσαν να ανιχνεύσουν ροή υγρού," λέει ο ίδιος.

Ακόμη περισσότερο λύγισμα θα αύξανε την τάση των νανοσωλήνων και θα άλλαζε τις οπτικές τους ιδιότητες. Η ομάδα τώρα μελετά πως να ανιχνεύσει τέτοιες μεταβολές με την παρατήρηση του οπτικού φάσματος που περνάει μέσα από νανοσωλήνες. 

Το κάπως ελεγχόμενο λύγισμα είναι καινούργιο και θα μπορούσε ν' αλλάξει τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των σωλήνων με κατάλληλο τρόπο ώστε να σχεδιαστούν αισθητήρες και πομποί πεδίου, λέει ο Yury Gogotsi του πανεπιστημίου Drexel στην Philadelphia.

Ο ίδιος λέει ότι πρέπει να επιτευχθεί καλύτερος έλεγχος στον προσανατολισμό των νανοσωλήνων πριν σκεφθούμε για τέτοιες συσκευές. "Θα μπορούσε να αποτελέσει ένα καλύτερο αισθητήρα, αλλά προηγουμένως χρειαζόμαστε ένα σύστημα για να κατευθύνουμε κάθε λυγισμένο νανοσωλήνα πράγμα που απαιτεί μεγαλύτερο έλεγχο των μεμονωμένων σωλήνων απ' όσο εχουν επιτύχει οι ερευνητές μέχρι τώρα" λέει ο James Tour του πανεπιστημίου Rice στο Houston. Ωστόσο ο ίδιος λέει ότι θα μπορούσαμε να ξεπεράσουμε τη δυσκολία του ακριβούς ελέγχου αν πρώτα παράγουμε μια διάταξη λυγισμένων σωλήνων και μετά να βαθμολογήσουμε τον αισθητήρα. 

Αναφορά:  Phys. Rev. Lett. 92, 065502

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Οι Νανοσωλήνες είναι οι νέοι υπεραγωγοί
Αναπτύσσοντας τους μικρότερους νανοσωλήνες από άνθρακα
Πέτυχε η οργάνωση σε ίνες μεγάλου μήκους νανοσωλήνων από άνθρακα
Φαίδων Αβούρης: ένας συμπατριώτης μας, από τους πρωτοπόρους της νανοτεχνολογίας
Οι ερευνητές της ΙΒΜ δημιουργούν το πρώτο κύκλωμα με ένα μόνο μόριο
Home