Cientistas do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos do NUST MISIS e colegas internacionais provaram que é possível alterar as propriedades estruturais e condutoras dos nanotubos alongando-os. Essa descoberta tem aplicações em eletrônica e sensores de alta precisão, como microprocessadores e detectores. O artigo de pesquisa foi publicado em Ultramicroscopia .

Os nanotubos de carbono podem ser representados como uma folha de grafeno enrolada de uma forma especial. Existem diferentes maneiras de dobrá-lo, o que resulta nas bordas de grafeno se interconectando em ângulos diferentes, formando qualquer poltrona, nanotubos em ziguezague ou quirais (Fig. 1).

Os nanotubos são considerados materiais promissores para uso em eletrônica e sensores porque têm alta condutividade elétrica, que funcionaria bem em coisas como microprocessadores e detectores de alta precisão. Contudo, é difícil controlar sua condutividade durante a produção. Nanotubos com propriedades metálicas e semicondutoras podem crescer em uma única matriz, enquanto a eletrônica baseada em microprocessador requer nanotubos semicondutores com as mesmas características.

Cientistas do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos NUST MISIS, em conjunto com uma equipe de pesquisa do Japão, China e Austrália, liderado pelo professor Dmitri Golberg, propuseram um método que permite a modificação da estrutura de nanotubos prontos e, assim, altera suas propriedades condutoras.

"A base do nanotubo - uma camada dobrada de grafeno - é uma grade de hexágonos regulares, cujos vértices são átomos de carbono. Se uma das ligações de carbono no nanotubo for girada em 90 graus, um pentágono e um heptágono são formados nesta [junção] em vez de um hexágono, e um defeito denominado Stone-Wales é obtido neste caso. Tal defeito pode ocorrer na estrutura sob certas condições.

"No final dos anos 90, previu-se que a migração desse defeito ao longo das paredes de um nanotubo altamente aquecido com a aplicação de tensão mecânica poderia levar a uma mudança em sua estrutura - uma mudança sequencial na quiralidade do nanotubo, o que leva a uma mudança em suas propriedades eletrônicas. Nenhuma evidência experimental para esta hipótese foi obtida anteriormente, mas nosso trabalho de pesquisa apresentou provas convincentes disso, "disse o Professor Associado Pavel Sorokin, chefe do projeto de infraestrutura de Ciência Teórica dos Materiais de Nanoestruturas do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos da NUST MISIS.

Cientistas do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos NUST MISIS realizaram simulações do experimento em nível atômico. Inicialmente, os nanotubos foram alongados para formar o primeiro defeito estrutural consistindo em dois pentágonos e dois heptágonos (um defeito de Stone-Wales, Fig. 2a), onde o alongamento prolongado do tubo começou a se "espalhar" para os lados, reorganizando outras ligações de carbono (Fig. 2b). Foi nessa fase que a estrutura dos nanotubos mudou. Com mais alongamento, mais e mais defeitos Stone-Wales começaram a se formar, eventualmente levando a uma mudança na condutividade dos nanotubos (Fig. 2).

“Fomos responsáveis ​​pela modelagem teórica do processo em um supercomputador no Laboratório de Modelagem e Desenvolvimento de Novos Materiais da NUST MISIS para a parte experimental do trabalho. Ficamos felizes que os resultados da simulação [suportam] os dados experimentais, "acrescentou Dmitry Kvashnin, co-autor do trabalho de pesquisa, Candidato em Ciências Físicas e Matemáticas e pesquisador do Laboratório de Nanomateriais Inorgânicos do NUST MISIS.

A tecnologia proposta é capaz de auxiliar na transformação da estrutura de nanotubos "metálicos" para posterior aplicação em eletrônica de semicondutores e sensores como microprocessadores e detectores ultrassensíveis.