Ученые из Московского физтеха разработали оригинальную методику "просветки" нанотрубок при помощи ультразвука, которая позволяет определять их длину и толщину, не прикасаясь к ним, говорится в статье, опубликованной в журнале Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.
"Мы разработали метод для измерения размеров цилиндрических нанообъектов, у которых длина гораздо больше диаметра. Считаем, что похожий метод можно применить и для обратной ситуации: когда диаметр много больше длины, то есть для нанодисков, к которым, в частности, относится и графен", — заявил Виктор Иванов из МФТИ в Долгопрудном, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году им прочили большое будущее в современной промышленности. Они обладают множеством полезных свойств — хорошей электро- и теплопроводностью, высокой прочностью и механической устойчивостью. Первые же эксперименты показали, что нанотрубки крайне сложно применять на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.
Дополнительные проблемы, как рассказывают физики, создает то, что свойства нанотрубок кардинальным образом меняются при увеличении их диаметра или повышении числа слоев углерода. По этой причине большая часть наноматериалов изготавливаются из нанотрубок конкретной толщины и длины, и ошибки при их выращивании сделают подобную продукцию бесполезной. Поэтому измерение нанотрубок является критически важной фазой их производства.
К примеру, при добавлении нанотрубок в электролиты аккумуляторов и другие жидкости необходимо точно знать, как много их будет содержаться в растворе и как хорошо они будут распределены, так как их чрезмерно большое количество трубок или их "неправильные" размеры приведут к их слипанию и другим неприятным эффектам, борьба с которыми является крайне дорогим и сложным занятием.
Иванов и его коллеги придумали оригинальную методику вычисления длины нанотрубок и их диаметра, наблюдая за тем, как ультразвук взаимодействует с растворами, содержащими в себе этот "нобелевский" наноматериал.
Как объясняют ученые, волны звука или ультразвука могут путешествовать через воду и другие жидкости, но при их столкновении с частицами твердой материи часть из них затухает. То, какие волны поглощаются частицами, зависит от их размера, что сейчас нанотехнологи используют для оценки размеров сферических наночастиц.
Российские ученые выяснили, что подобные замеры можно осуществлять и для цилиндрических объектов, изучив и сопоставив спектр ультразвука, проходящего через раствор с наночастицами, который пропускается под давлением узкие трубы и находится в состоянии покоя в широких трубах.
Как объясняют ученые, когда раствор с нанотрубками проходит через узкую трубу, то нанотрубки в нем выстраиваются в параллельные линии, перпендикулярные тому, как будут идти волны ультразвука, пропускаемые через "окно" в трубе. Когда же они находятся в широкой трубе, то наночастицы будут направлены во все стороны. Сравнивая спектры ультразвука в том и другом случае, можно вычислить пропорцию длины и диаметра нанотрубок. Соответственно, зная диаметр трубок, несложно вычислить их длину.
Руководствуясь этой идеей, ученые измерили размеры нанотрубок в трех разных растворах, свойства которых им были заранее хорошо известны. Дополнительно Иванов и его коллеги проверили себя, измерив нанотрубки при помощи атомного и электронного микроскопа.
Как показали эти замеры, ультразвук позволяет достаточно точно и быстро вычислять размеры нанотрубок, не прикасаясь к ним и не извлекая их из раствора или другой среды, где они находятся. Как надеются ученые, их методика найдет свое применение не только в работе с нанотрубками, но и с другими "длинными" углеродными наноматериалами.