p Esqueça o ABC. Cientistas da Rice University interessados ​​em nanotubos estão estudando seus XYΩs. p Nanotubos de carbono cultivados em uma fornalha nem sempre são retos. Às vezes eles se curvam e se dobram, e às vezes eles se ramificam em várias direções. Os pesquisadores do Rice perceberam que agora tinham as ferramentas disponíveis para examinar o quão resistentes são esses ramos.

p Eles usaram experimentos e simulações para estudar a rigidez dos nanotubos unidos e encontraram diferenças significativas que são definidas por suas formas. Descobriu-se que alguns tipos são mais resistentes do que outros, e que todos podem ter seus usos se e quando os nanotubos forem usados ​​para construir estruturas em macroescala.

p A equipe liderada pelo cientista de materiais do Rice Pulickel Ajayan e pelo físico teórico Boris Yakobson nomeou seus nanotubos por suas formas:I para nanotubos retos, Y para ramificado, X para tubos unidos covalentemente que se cruzam, o símbolo lambda (um "V" de cabeça para baixo) para nanotubos que se unem em qualquer ângulo e o símbolo ômega (Ω) para tubos não covalentes que se ligam através de van der Waals e outras forças.

p Eles disseram que a síntese direcionada deste "alfabeto de nanotubos" pode fornecer material para futuras estruturas em nanoescala com mecanismos ajustáveis.

p O estudo foi publicado pela American Chemical Society's Nano Letras .

p "Precisávamos de algum tipo de linguagem para descrever a configuração específica das junções, então pensamos, 'Vamos usar letras, '"disse Evgeni Penev, um co-autor e cientista pesquisador do grupo de Yakobson.

p Chandra Sekhar Tiwary, um pesquisador de pós-doutorado no laboratório Ajayan, cutucou as junções de nanotubos com um PicoIndenter que mede a força e o deslocamento em nanonewtons (bilionésimos de um newton, uma unidade de força) e nanômetros. O PicoIndenter foi instalado em um microscópio eletrônico de varredura na Hysitron, uma empresa de fabricação e testes de instrumentos nanomecânicos em Minneapolis.

p Nanotubos cultivados pelo estudante de graduação do Rice Sehmus Ozden foram dispersos em uma solução, secado em silicone e colocado sob o microscópio, onde Tiwary os escaneou em busca de "cartas" candidatas. Ele então teve que ter certeza de que esses candidatos eram unidades únicas e não apenas dois nanotubos separados. "O espaço entre os tubos poderia ser de apenas 1 nanômetro, mas a resolução do microscópio era de 5 nanômetros, então tivemos que pegar um lado (dos nanotubos) para ter certeza de que estavam realmente soldados, "disse ele." Se os nanotubos se separassem facilmente, passamos para o próximo candidato. "

p Aplicar a sonda a um ponto específico em um nanotubo individual foi um teste de paciência, Disse Tiwary. Assim que um bom candidato apareceu, ele e o cientista sênior da equipe da Hysitron e co-autor Sanjit Bhowmick focaram na junção e, mais de 20 minutos, aplicado lentamente e liberado pressão suficiente para comprimi-lo sem quebrá-lo. "Nos velhos tempos, esses testes usaram força bruta, mas as novas ferramentas são notáveis, "Tiwary disse." Pudemos observar enquanto comprimíamos os nanotubos. "

p Entre os tubos ligados atomicamente, eles descobriram que os X eram os mais rígidos e mais capazes de retornar às suas formas originais. Em seguida vieram os Y's e depois os lambdas de qualquer ângulo, mas todos ficaram com amassados ​​por causa de ligações recém-criadas entre as paredes internas. Os I's e ômegas, sem ligações covalentes unindo-os a outros nanotubos, voltaram às suas configurações originais.

p Os experimentalistas procuraram o estudante de graduação Yang Yang, do grupo teórico de Yakobson, para ajudar a entender o mecanismo pelo qual os nanotubos lidam com o estresse. Yang criou em nível de átomo, modelos de computador de parede tripla de cada "letra" e testou sua resistência com sondas virtuais.

p "Em experimentos, nós percebemos o que está acontecendo quantitativamente, mas eles não podem nos dizer o que está acontecendo dentro dos tubos, "Tiwary disse." Até eles fazerem os cálculos, não sabíamos realmente como as junções de nanotubos de carbono se comportavam. "

p A resposta tinha a ver com a geometria atômica nas junções. Onde os nanotubos se juntam, átomos de carbono que normalmente se juntam em anéis de seis membros são frequentemente forçados a mudar suas configurações, ajustar para anéis de cinco e sete membros (conhecidos como deslocamentos) para permanecer no estado de energia mais baixa.

p O número de deslocamentos necessários para fazer um ramo de nanotubo é diferente para cada ângulo. Porque os deslocamentos recebem o peso da força, essas variações determinam a rigidez geral da letra do nanotubo, eles determinaram.

p Uma pesquisa anterior do grupo de Yakobson descobriu que, embora o grafeno, a espessura do átomo, forma de carbono semelhante a arame de galinha, é extraordinariamente forte, não estica muito bem. Mas as novas simulações também mostraram que as paredes locais dos nanotubos (que são basicamente grafeno enrolado) esticam o suficiente para distribuir a tensão aplicada às junções.

p Penev sugeriu que os tapetes de nanotubos com certas letras podem ter benefícios materiais. "Imagine se todos os nanotubos fossem formas de 'Y' de cabeça para baixo, "disse ele." Um tapete assim seria muito mais difícil de esmagar sob pressão. "

p Uma questão agora é se os cientistas podem produzir lotes homogêneos de cartas. "Podemos ter todos os Ys e alinhá-los perfeitamente? Ou podemos ter todas as interconexões X e então fazer uma estrutura?" Perguntou Tiwary. "Esse vai ser o próximo desafio, mas é apenas uma questão de as pessoas dedicarem tempo a isso. Eu sou otimista."