| 0 |
|
При конструировании устройств часто приходится соединять вместе два материала, имеющие разные коэффициенты температурного расширения. Так, например, если полупроводниковый чип устанавливается в разъем, который не может достаточно быстро расширяться при нагреве и сжиматься при охлаждении, это может приводить к периодической потере электрического контакта. С освоением нанотехнологий такие проблемы приобретают повышенную актуальность.
Инженеры Стэнфорда предложили способ создания структур углеродных нанотрубок (CNT), сохраняющих целостность в критических интерфейсах, испытывающих воздействие высоких температур. В статье, опубликованной в Трудах Национальной Академии Наук (PNAS), они представили результаты компьютерного моделирования и итоги экспериментов по выращиванию структур, обладающих наиболее сбалансированным сочетанием трех свойств: прочности, гибкости и способности рассеивать тепло.
Густые массивы коротких CNT обладают наилучшими прочностью и теплопроводностью, но при этом, они имеют излишнюю жесткость и хаотичность ориентации. Эксперименты показали, что с увеличением длины нанотрубок они становятся прямее и меньше перепутываются, что увеличивает эластичность общей структуры. Два других критичных параметра уменьшаются, но остаются в приемлемых границах.
Поскольку главной целью данной работы было научиться оптимизировать CNT-структуры для их применения в качестве теплоотводов, стэнфордская команда выполнила компьютерное моделирование процесса роста нанотрубок.
Созданная модель позволила лучше понять причины, заставляющие CNT сгибаться и перепутываться вопреки всем усилиям инженеров. В частности, прояснилась роль, которую играют в этом силы Ван-дер-Ваальса — слабое притяжение между молекулами, которое не может быть объяснено другими известными механизмами, такими как химические связи.
Было показано, что хотя силы Ван-дер-Ваальса не имеют особого значения в других типах структур, предельно малая толщина нанотрубок, составляющая всего один атом, делает их чувствительными даже к столь слабому воздействию.
При моделировании нанотрубка изначально росла прямой, но постепенно изгибалась, испытывая ван-дер-ваальсово притяжение к другой CNT, близкой к ее вершине. Одновременно, мог развиваться изгиб в основании, в направлении еще одной соседней CNT.
Итогом компьютерного эксперимента стало заключение о неизбежности присутствия некоторой нерегулярности в массивах нанотрубок, и необходимости создавать приемлемые для практического применения материалы на основе таких неидеальных структур.
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
