На протяжении всей истории существования человечества не прекращался поиск новых материалов с более совершенными механическими характеристиками. В память о достигнутых на этом пути успехах нам остались названия соответствующих эпох: каменный, бронзовый, железный века…. После открытия углеродных нанотрубок в литературе стала обсуждаться возможность их использования для изготовления сверхпрочных материалов нового поколения. Теория предсказывала, что твердость и прочность нанотрубок значительно выше, чем у всех известных конструкционных материалов [1], но экспериментально это очень долго подтвердить не удавалось.

В работе [2] сотрудников Northwestern University и Los Alamos National Laboratory впервые показано, что нанотрубки действительно являются такими же прочными, как и предсказывают квантово-механические расчеты. Более того, авторы [2] обнаружили, что предел прочности многостенных нанотрубок можно еще повысить за счет контролируемого формирования связей между соседними стенками. Это достигается путем облучения нанотрубок электронами. В отличие от предыдущих работ, в [2] поведение нанотрубок при механической нагрузке было изучено посредством просвечивающей (а не сканирующей) электронной микроскопии.

Схематические зависимости механических напряжений от деформации для двух классов материалов: хрупких (вверху) и пластичных (внизу). Эксперимент показывает, что углеродные нанотрубки относятся к первому из них, тогда как расчеты говорят об обратном.

Первым практическим применением углеродных нанотрубок в материаловедении станет, по-видимому, их использование для укрепления полимерных композитов. Пока этому препятствует сравнительная дороговизна нанотрубок, а также еще нерешенная проблема, связанная с тенденцией нанотрубок образовывать связки, вместо того чтобы быть равномерно диспергированными по полимерной матрице. Кроме того, слабым звеном здесь могут оказаться границы раздела между нанотрубками и матрицей: именно на таких границах зарождаются трещины, распространяющиеся затем по всему образцу и приводящие к его разрушению. Если все эти барьеры удастся преодолеть, то … наступит Нанотрубочный Век!

Л. Опенов

• 1. S.Ogata, Y.Shiputani, Phys. Rev. B 68, 165 (2003)
• 2. B.Peng et al., Nature Nanotechn. 3, 626 (2008)*