Ученые Сколтеха создали модель для предсказания поведения нанотрубок в датчиках

Однослойные углеродные нанотрубки считаются основой передовых многофункциональных материалов и могут быть изготовлены в виде порошков, пленок или волокон. В новом исследовании авторы объединили несколько форм нанотрубок, чтобы определить практические ограничения «умных» материалов, которые могут повлиять на их применение в качестве датчиков в экстремальных условиях.

Универсальный механизм проводимости

Команде удалось выяснить, что, несмотря на структурные различия, температурная зависимость электропроводности одно-, двух- и трехфазных систем подчиняется одному и тому же фундаментальному механизму: прыжковому переносу носителей заряда при криогенных температурах и металлическому рассеянию при высоких температурах.

Доцент Центра фотоники Сколтеха Дмитрий Красников подчеркнул простоту и универсальность этого результата: «Полученный, по сути, закон сложения сопротивлений встречается во многих разделах физики и естественных наук. Это одно из проявлений красоты природы, когда такая сложная многофазная система подчиняется столь универсальному и элегантному принципу».

Преодоление мульти-чувствительности

Никита Гордеев, аспирант программы «Физика» Сколтеха и первый автор статьи, пояснил, что мульти-чувствительность нанотрубок — это обоюдоострый меч: «Если материал чувствителен ко всему одновременно, трудно определить, изменение какого параметра мы зафиксировали. Разделять такие сигналы — сложная задача, но ее решение позволяет понять, на что именно реагирует материал».

Новая модель как раз позволяет отделить температурные эффекты от других внешних воздействий, что критически важно для практического применения датчиков.

Хассаан Ахмад Батт, доцент Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха, отметил, что материалы нового поколения упрощают инженерные системы, позволяя решать задачи, которые сегодня требуют набора различных систем. Понимание взаимодействия материалов и их ограничений необходимо для лидерства в широкомасштабном внедрении датчиков.

Профессор Альберт Насибулин, директор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха и руководитель Лаборатории наноматериалов, добавил, что волокна из углеродных нанотрубок обладают исключительно высокой удельной проводимостью и могут быть интегрированы в аэрокосмические композиты в качестве датчиков или проводки. Равномерно диспергированные полимерные нанокомпозиты обеспечивают многофункциональную основу, которую современное поколение композитов не может предоставить.

Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, опубликовано в журнале Carbon. Оно закладывает базис для работы с иерархическими углеродными материалами, которые уже находятся на пороге промышленного внедрения.