Kaip anglies nanovamzdeliai griauna kosmoso lifto idėją (1)
Anglies nanovamzdeliai (angl. Carbon NanoTubes – CNT) garsėja kaip ateities stebuklinga medžiaga, suteiksianti daugybę galimybių kurti itin stiprias, bet labai lengvas konstrukcijas – nuo lenktyninių dviračių iki kompiuterių komponentų.
Bet dabar atrodo, kad vieno ne vietoje esančio atomo pakanka, kad jo stiprumas sumažėtų daugiau nei dvigubai. Tai reiškia, kad vienas iš fantastiškiausių CNT gijų pritaikymų – mokslinės fantastikos kosminis liftas – gali taip ir nepakilti.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Vamzdeliui stiprumą teikia jo atominė struktūra – jo sieneles sudaro vienas anglies atomų, susikibusių į šešiakampį, sluoksnis. Teoriniai skaičiavimai rodo, kad vieno CNT atsparumas tempimui gali siekti 100 gigapaskalių (GPa), tad, tai yra viena stipriausių medžiagų, tačiau bandant supinti iš nanovamdelių praktinio dydžio gijas, gaunamų virvių stiprumas tesiekė 1 GPa.
Siekdamas išsiaiškinti priežastis, Feng Ding iš Hong Kongo politechnikos universiteto su kolegomis simuliavo CNT, kuriame vienas atomas yra ne vietoje, ir du heksagonai tapo pentagonu ir heptagonu, taip ant vamzdelio atsirado mazgelis. Jie išsiaiškino, kad tokio paprasto pokyčio pakako, kad nanovamdelio stiprumas sumažtų iki 40 GPa, o padidinus nesurikiuotų atomų skaičių, poveikis dar labiau sustiprėjo.
Skilimo seka
Komandos atlikta simuliacija rodo, kad mazgelis veikia kaip silpnoji vamzdelio vieta, kurioje šiaip jau stiprūs anglies atomus jungiantys ryšiai lengvai nutrūksta. Kai taip nutinka, šalia esančių heksagonų ryšiai irgi nutrūksta, ir atsisega visas vamzdelis. Suvytiems į pluoštus nanovamzdelius poveikis panašus – kai nutrūksta vienas CNT, kitiems vamzdeliams tenkanti apkrova padidėja, ir jie vienas po kito nutrūksta.
Rezultatai rodo, kad vos vieno netinkamai išdėstyto atomo gana, kad susilpnėtų visas pluoštas, o kadangi kol kas nanovamzdelių gamybos procesas nėra idealus, pluošte neišvengiamai atsiras blogų vamzdelių.
„Tik tobuli CNT gali pademonstruoti idealų stiprumą,“ sako Dingas. „Daugumoje masinės gamybos CNT yra daugybė defektų, o gaminti daug aukštos kokybės CNT labai sudėtinga.“
Tai nieko gero nežada žmonėms, norintiems sukurti kosminį liftą, – Žemę ir aplink ją skriejantį palydovą jungiančią giją, kuri galėtų palengvinti pakilimą į kosmosą.
Skaičiavimai rodo, kad tokio kabelio atsparumas tempimui turėtų siekti 50 GPa, tad CNT buvo perspektyvus sprendimas, tačiau Dingo tyrimas rodo, kad nanovamzdeliai netinka. „Nebent įvyktų didžiulis CNT sintetinimo proveržis, CNT naudojimas kosminio lifto statymui būtų itin nelengvas iššūkis,“ sako jis.
Žurnalo nuoroda: ACS Nano DOI: 10.1021/acsnano.6b03231
Jacob Aron
New Scientist
