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同类纳米材料性质大不同

2019-03-08 21:38:10

日期:2016年9月14日

资源:意大利国际高等研究院媒体实验室(SISSA Medialab)

纳米管应用广泛:电路设备、电池、新型纤维面料,等等。然而,科学家们注意到,虽然这些纳米管结构相似,却能在应用当中表现出各种各样的性能。例如,碳纳米管和氮化硼纳米管的结构几乎无差别,但摩擦性却大不相同。在一项的研究中,人们利用电脑模型构建了这些材料的晶体结构,经对其结构特征的详细分析,发现其性能的差异缘于不同的手征特性。

叠加双层异构纳米管,各双层管含单手性(内纳米管)及多手性(外纳米管)

纳米管应用广泛:电路设备、电池、新型纤维面料,等等。然而,科学家们注意到,虽然这些纳米管结构相似,却能在应用当中表现出各种各样的性能。例如,碳纳米管和氮化硼纳米管的结构几乎无差别,但摩擦性却大不相同。由意大利国际高等研究院/意大利国家委员会-药物研究所(Scuola Internazionale Superiore di Studi Advanzati/ItalianNational Research Council - Istituto Officina dei Materiali, SISSA/CNR-IOM)和特拉维夫大学(Tel Aviv University)组成的研究团队利用电脑模型构建了这些材料的晶体结构,经对其结构特征的详细分析,发现其性能的差异缘于不同的手征特性。该研究已发表在《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)期刊。

“我们首先进行了一系列的实验操作,以观测相似的纳米管所表现出的摩擦性能差异,其差异可达到两个数量级,”本研究作者,的里亚斯特市(Trieste)CNR-IOM及SISSA研究员,Roberto Guerra说道。“这不禁让我们猜想,材料的手性特性或许在其中起到了重要作用。”特拉维夫大学为研究的合作单位,参与的研究人员还有来自CNR-IOM的Andrea Vanossi以及SISSA的Erio Tosatti。

对于某些材料,如本研究所用到的材料,手性特性以三维环绕形式排布在纳米管上。“如果我们将一张横格纸卷成纸筒,横格与筒轴向形成的角度决定了它的手性,” Guerr说道,“在我们的研究中,改进了双层纳米管的结构状况,这种双层纳米管可认为是由两种直径稍有差异的管嵌套而成的。我们注意到内外管手性的差异对纳米管的三维形状有重要的影响。”

多边形管

“如果我们继续拿纸作比喻的话,内外管晶格取向的差异决定了管壁延伸的范围与方向,沿着管的方向将形成二维区域(面)。” Guerra说道。为了能更好的理解“面”的定义,我们可以设想出管的横截面并不是个圆形,而是一个多边形。“手性的差异越小,面的形状就越清晰可见。”Guerra总结道。而如果手性差异过大,

同类纳米材料性质大不同

这种面也就会消失,纳米管会呈现出标准的圆筒形。

纳米管的面会随着材料性质的变化而自发形成,双层碳纳米管与氮化硼纳米管相比,更趋向于形成内外管手性差异较大的形态。因此,前者往往会保持圆筒的形态并从而减小摩擦力。在下一步的研究中,Guerra及他的同事计划直接测量不同纳米管的摩擦性能。

翻译:房体明

审稿:林然

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