Наноматрас
Некоторые из нас в детстве развлекались, прыгая на матрасе. Ныне примерно до этого добралась физика нанотрубок.
Углеродные нанотрубки имеют форму свёрнутого в цилиндр листа графена, диаметром от 0,4 нм и длиной до нескольких сантиметров. У нанотрубок высокая продольная и относительно низкая поперечная жёсткость. Поэтому нанотрубка может схлопнуться, превратиться в двуслойную ленту. Но что произойдёт при снятии нагрузки?
Исследователи из Федерального исследовательского центра химической физики им. Н. Н. Семёнова и Российского экономического университета им. Г. В. Плеханова построили модель многослойного покрытия из нанотрубок, уложенных параллельно подложке, и показали, что сжатие многослойных упаковок из одно-стенных углеродных трубок происходит упруго только для нанотрубок с диаметром менее 2,5 нм. До какой-то нагрузки идёт однородное сжатие всех нанотрубок, далее начинается неоднородное сжатие — образуются области сильно- и слабосжатых трубок. В итоге все схлопываются, но снятие давления приводит к возвращению упаковки в исходное состояние.
Для трубок диаметром более 2,5 нм сжатие происходит неупруго, приводит к пластическим деформациям. Упаковка становится мультистабильной системой, она имеет много стационарных состояний, которые характеризуются долей нанотрубок, находящихся в схлопнутом состоянии. Например, для трубок диаметром 4,69 нм в зависимости от доли коллапсированных нанотрубок толщина 11-слойной упаковки может меняться от 12 до 36 нм. Поперечное сжатие за счёт коллапса части нанотрубок переводит упаковку из одного стационарного состояния в другое, имеющее меньшую толщину, и такая деформация является неупругой.
Так что прыгать на матрасе из нанотрубок можно, но надо правильно выбрать матрас. А упругие демпферы наноконструкциям наверняка потребуются.
Савин А. В., Савина О. И. Упругие и пластические деформации многослойных упаковок углеродных нанотрубок на плоской подложке. ЖЭТФ, 2022, вып. 1, с. 75.
