Тable 7. Jumlah dan simetri keseluruhan Raman dan IR simpul aktif untuk nanotube karbon
10.11. Sifat Mekanis Definisi dari Modulus Young adalah:
( ) ( ) Dimana; E adalah energi total,
ε adalah tegangan,
Vо adalah volume ekuilibrium,
SO adalah kuadrat penampang dari NT, δR = h adalah ketebalan dinding NT.
Dalam menyimpan rangkaian bahan super keras dari modulus Young bervariasi menurut urutan berikut:
С (~1200 GPа) → BC3 (~900 GPа) → BN (~800 GPа) → C3N4 (~600 GPа) → P (~280 GPа).
Hal ini terbukti bahwa penggulungan lembaran seperti grafit dalam nanotube silinder menghasilkan tegangan mekanik berlawanan dengan gerakan berguling-guling.
120
Dimana; h adalah lebar silinder, yang mana untuk SWNT dapat dianggap sebagai van-der- Waals jarak antara lapisan, Y adalah modulus Young dan d adalah diameter NT.
Untuk karbon nanotube kira-kira: Y = 1130 GPIN, h = 0,33 /2 nm, d = 1 nm, a = 0,246 Nm, S = 0,0524⋅ 10-18 m2. Lalu = 0,29 eV/atom. Tampilan umum ditunjukkan pada gambar. 82.
Gambar. 82.
Tampak pada gambar 82 yaitu energi yang bergulir secara teoritis diperkirakan untuk nanotube noncarbon dalam kasus nanotube BN dan BC3 lebih kecil dari pada karbon nanotube artinya secara teoritis tidak hanya grafit tapi juga bahan berlapis lainnya bisa digulung dalam nanotube. Oleh karena itu dapat disimpulkan lebih jauh adanya nanotube noncarbon
Karena bentuk yang silinder, nanotube memiliki koefisien gesekan bergulir yang rendah yang diketahui lebih kecil dari koefisien gesekan geser. Sifat ini membuat semuanya di masa depan mungkin bisa dimanfaatkan sebagai pelumas nano dan mikro elektromekanis sistem (MEMS), nano mesin dan nano robot.
Pertimbangan sifat mekanik NT tunggal sebagai contoh sandaran tangan karbon (7,7) С NT diameter 1 nm dihitung dengan metode MD menggunakan potensial Tersoff.
Pengamatan dan simulasi dinamika molekuler NT menunjukkan tingginya nonaxial fleksibilitas nanotube. Deformasi aksial dari SWCNT menyebabkan suatu bentuk kejelasan, kinking dan penurunan simetri sebagai berikut nh 4 2h 2h 1 D → S → D → C →C1. Leher terbentuk pada deformasi ε1 = 0,05, leher ganda pada ε2 = 0,076, loop pada
121
Gambar 8.3 Deformasi nanotube karbon berdinding tunggal di bawah pemerasan aksial (1), peregangan (2,3), memutar (4), membungkuk (5) dihitung dengan dinamika molekuler Metode, dan superplastisitas (6) yang diamati secara eksperimen oleh Dresselhaus et al.
Di bawah peregangan aksial nanotube, gelombang deformasi statis berdiri ditunjukkan terjadi sesuai dengan harmonik Fourier, gelombang longitudinal N dan M
(Gambar 83.2). Untuk nanotube pendek bila panjangnya lebih kecil dari panjang gelombang berdiri L << λ terjadi bengkokan leher yang sederhana. Menarik untuk dicatat bahwa di M=2 a energi deformasi lebih rendah. Deformasi ini menyerupai bentuk bisikan mode yang menunjuk pada kekhasannya.
Di bawah torsi memutar cakra simetri aksial dalam bentuk pita spiral, ikat pinggang dann kemudian terbentuk loop lentur (gambar 83. 4).
Di bawah bengkokan SWCNT secara elastis membengkok sampai ketinggian 1100 dan mengembalikan bentuknya di bawah bongkaran (gambar 83.5). Jika sudut bengkokan menjadi lebih besar> 120о maka jaring heksagonal lembaran NT hancur dan selanjutnya kinks lebih terbentuk.
Perlu dicatat bahwa hasil simulasi dinamis molekul atomistik adalah sesuai dengan teori deformasi yang terus berlanjut.
Di bawah deformasi tinggi tipe peregangan ε ~ 5% - 6% aksial proses deformasi plastis dan fraktur getas telah terjadi.
Hasil ini dapat ditemukan dalam bentuk peta prilaku logam-keras dari NT (Gambar 84), yang menentukan kekerasan dari C-NT dalam ketergantungan kiralitasnya.
122
GAMBAR 8.4. Peta kekerasan dan kerapuhan nanotube karena ketergantungan kiralitasnya (n, m).
Gambar 84. Menunjukkan bahwa NTs tipis (n <15, d ~ 13 nm) yang terlepas dari kiralitasnya lentur. Nanotube yang lebih tebal berperilaku berbeda, yaitu nanotube zig-zag menjadi rapuh, kursi lengan lentur, sementara kiral lentur. Pembedaan tersebut dijelaskan oleh transformasi struktural dalam proses rekahan. Kursi-kursi NTs berperilaku lentur karena energi deformasi hilang dalam pembentukan cacat Batu-Weile (gambar 85). Pada perpanjangan lebih lanjut, kerusakan ini dipecah dalam akibat dimana kursi lengan NT berubah bertahap menjadi NT kiral dan selanjutnya menuju zig-zag NT selesai, sebagai berikut
(n,n)→(n, n −1)→(n,n − 2)→...(n,0) .
Gambar 8.5. Transformasi heksagonal (6,6) –jaring ke (5,7) -jaring di bawah peregangan (Batu - Cacat Weile).
Perilaku zig-zag NTs tidak mudah karena arah beban aksial terletak pada arah ikatan C-C yang hanya memanjang dan kemudian pecah membentuk 8-, 9-, lubang cincin atau lebih. Redistribusi lebih lanjut dari beban mengarah ke langkah berikutnya dari pemecahan ini.
Baru-baru ini ditemukan superplastisitas oleh Dresselhaus et al di dalam karbon NTs. Besar suhu T ~ 1500 C MWNT menunjukkan 10 kali pemanjangan (gambar 83.6) penyempitan terjadi oleh dinding luar yang patah dan terbentuknya tepian pada permukaan luar pembatas NT.
Kumpulan dari NT yang sangat anisotropik, yaitu dalam arah aksial kumpulan tersebut sangat kaku (C33 ~ 1.1 TPa) sedangkan pada bidang dasar relatif lunak dan fleksibel (C11 ~ 0,1 TPa). Jumlah besar Modul bengkokan NTs berada pada urutan (B ~ 0,02 TPa) besarnya lebih kecil dari pada SWNT tunggal, yaitu mereka dengan mudah dikompres dan dikemas melintang van der Waals yang lemah Kekuatan antara NTs. Modul muda (Y ~ 0,4 - 0,7 TPa) hanya dua kali
123
lebih kecil dari pada Berlian dan reversibel menurun dengan kenaikan diameter NT. Namun Menghitung kepadatan NT yang spesifik relatif rendah (ρ ~ 1,3 g / сm3 <ρdiamond ~ 3,5 g / сm3) jumlah modul dari sejumlah NTs terbukti lebih besar dari pada berlian.
Kumpulan dari proses NTs yang memiliki elastisitas tinggi. NTs tunggal relatif dapat dengan mudah diputar dan meluncur satu sama lain. Kompresi dari sejumlah NT 2D pada P=20 kbar=2 GPa ditunjukkan oleh percobaan komputer untuk mengubah bentuk cincin setiap bagian penampang NT dalam heksagonal membentuk penampang sarang lebah dari sejumlah wajah segi enam dihubungkan oleh gaya van der Waals seperti pada grafit yang membentuk nanotubeular molekul kristal. Saat membongkar bengkokan benar-benar memperbaiki struktur dan volumeny menunjukkan kumpulan NTs sebagai bahan yang sangat elastis sampai 29 kbar yang mungkin digunakan sebagai bahan redaman disipatif.
Kita dapat menyimpulkan bahwa kumpulan NT memiliki kekakuan spesifik yang sangat tinggi mereka merupakan bahan bertulang yang ideal untuk pengembangan cahaya, kuat dan kaku nanomaterials komposit.
Sifat mekanis dari MWNT tunggal memungkinkannya untuk digunakan dalam MEMS dan NEMS dalam jenis nanorotor, di mana SWFT koaksial berputar satu sama lain,
nanobearings, nanogears, nanoantenna teleskopik, nanosprings, dll 10.12. Getaran dari C-NTs
Nanotube bergetar seperti balok, kawat dan senar lainnya. Dalam teori kontinum spektrum osilasi diketahui diekstraksi dari solusi persamaan gelombang. Misalnya untuk, model batang balok yang terkenal menurut Bernoulli-Euler, persamaannya menggambarkan getaran melintang atau lentur dari sinar elastis linier kontinyu, homogen isotropik dapat dinyatakan sebagai
Dimana E adalah modulus Young dari material balok, I adalah momen inersia, S adalah
crosssection daerah, ρ adalah densitas massa, x jarak sepanjang balok melintang, u (x, t)
perpindahan balok dan t adalah waktu.
Frekuensi mode vibrasi getaran ke-n untuk setiap kawat adalah:
√
Dimana L adalah panjang balok, n adalah nomor mode, knL adalah nilai eigen untuk mode n-th.
Untuk tabung silindris dengan diameter luar dan di dalam diameter dibuat rasio geometrik I/S sedemikian rupa sehingga persamaan sebelumnya menjadi
√
Untuk koaksial dinding-N,harus dilakukan interaksi intertube penggabungan persamaan van der Waals yang mengarah ke N. Untuk MWNT tertanam dalam media elastis seperti matriks polimer, harus diterapkan gaya reaksi elastis terdistribusi.
124
Perhatikan bahwa model kontinum tidak memperhitungkan struktur atomistik diskrit dari dinding. Untuk perhitungan atomistik metode yang lebih akurat banyak digunakan seperti ab-initio, semi-empirical tight-binding, dinamika molekuler, hibrida
model atomistik / kontinum hibrida, dll.
Pada gambar.86 tampak bentuk model untuk SWNT yang dihitung dengan struktur pendekatan molekul mekanika yang untuk kasus kantilever (satu dijepit) dan dijembatani (dua dijepit) ujungnya yang dipotong memberikan frekuensi pada kisaran 10 GHz - 1 THz.
Gambar 8.6 Pertama lima mode getaran untuk SWNT dan dua batasan NT; Getaran dari Satu kantilever NT yang dikurung; Osilator di dasar MWNT.
Namun fitur getaran NT yang paling aneh diyakini sebagai cara penyimpanan bisikan yang sangat intensif dan rendah yang disebutkan di atas. Frekuensi getaran akustik gigahertz tersebut sesuai dengan gigahertz gelombang mikro elektromagnetik. Bila frekuensi getaran NT akustik alami sama dengan frekuensi radio dari microwave eksternal yang menyebabkan terjadinya interaksi resonan ke Coulomb memaksa antara medan listrik dari microwave dan muatan listrik CNT menjadi mungkin. Penyerapan kuat gelombang mikro 2,45 GHz yang terjadi diamati oleh Imholt et al. Di SWNT yang tidak diotorisasi untuk menyebabkan pengapian, pembakaran, penggumpalan, gerak mekanik yang intens, dan volume yang meluas. Seseorang bisa memikirkan interaksi resonan yang bertanggung jawab atas fenomena ini mencoba untuk menemukan frekuensi resonansi optimal meskipun tidak ada yang sistematis.
Dari hari ke hari nanodevises telah dikembangkan di atas dasar resonator nanotube, seperti sistem resonansi mikro-elektro-mekanis, aktuator, nanokantilever, nanobalances, sensor kimia molekuler, sensor transistor medan-efek, dll.