Nanorurki mogą być za słabe na kosmiczną windę

Wystarczy jeden niepasujący atom węgla, by zmniejszyć wytrzymałość węglowej nanorurki o ponad połowę. To oznacza, że związany z nanorurkami pomysł - kosmiczna winda - może nigdy nie zostać zrealizowany – informuje pismo „ACS Nano”.

Węglowe nanorurki (CNT) uważane są za cudowny, lekki i supermocny materiał przyszłości o niezliczonych potencjalnych zastosowaniach – od rowerów wyścigowych po komputery. Wytrzymałość nanorurek wynika z ich struktury atomowej – tworzy je pojedyncza warstwa atomów węgla połączonych w siatkę o sześciokątnych oczkach.

Badania teoretyczne sugerują, że pojedyncza węglowa nanorurka może mieć wytrzymałość na rozciąganie 100 gigapaskali (GPa), co czyni go jednym z najmocniejszych znanych materiałów. Jednak próby skręcenia wielu nanorurek w grubsze włókno zakończyły się niepowodzeniem – wytrzymałość takich „lin” była rzędu 1 GPa.

Chcąc wyjaśnić, co powoduje tak znaczne osłabienie nanorurek, Feng Ding i jego koledzy z Hong Kong Polytechnic University przeprowadzili komputerową symulację nanorurki z pojedynczym przemieszczonym atomem. W miejscu tej dyslokacji jeden z węglowych sześciokątów stał się pięciokątem, a drugi – siedmiokątem, zaś nanorurka uległa zakrzywieniu. Jak się okazało, ta niewielka deformacja wystarczyła, aby zmniejszyć teoretyczną wytrzymałość nanorurki do 40 GPa.

Gdy niewłaściwie położonych atomów było więcej, wytrzymałość spadała jeszcze bardziej – każde związane z dyslokacją skrzywienie nanorurki stawało się słabym punktem, zwiększającym podatność na pękanie wiązań pomiędzy atomami. Każde pęknięte wiązanie sprawia, że pękają także sąsiednie i „pruje się” cała nanorurka. Podobnie jest w przypadku skręconych we włókno nanorurek – gdy pęka jedna, zwiększają się siły działające na pozostałe i one także po kolei pękają.

Wyniki sugerują, że wystarczy jeden “krzywo ułożony” atom, aby osłabić całą nanorurkę, a obecne techniki ich wytwarzania na dużą skalę są tak niedoskonałe, że w każdym uzyskanym włóknie musiałaby się znaleźć felerna nanorurka.

Odkrycie to oznacza, że jeden z najbardziej futurystycznych pomysłów związanych z nanorurkami- kosmiczna winda - może nigdy nie zostać urzeczywistniony.

Kosmiczna winda miałaby funkcjonować dzięki linie rozpiętej pomiędzy powierzchnia Ziemi a sztucznym satelitą. Taka winda pozwoliłaby bardzo obniżyć koszty transportu na orbitę.

Oblicza się, że lina nośna kosmicznej windy musiałaby mieć wytrzymałość na rozciąganie 50 GPa. Jak wskazuje Ding, osiągniecie tak dużej wytrzymałości wymagałoby bardzo długich, idealnych nanorurek, co jest niezwykle trudne lub niemożliwe do uzyskania. (PAP)

pmw/ mrt/