Физики из России и Португалии разработали инновационный атомно-силовой микроскоп для исследования структуры и свойств нанотрубок без их повреждения. Об этом сообщается в статье журнала Ultramicroscopy.
"Повышение производительности компьютеров требует эффективных систем охлаждения. Компактные устройства на основе пептидных нанотрубок могут стать решением, значительно уменьшив габариты систем. Наша цель — глубоко изучить свойства этих структур для их практического применения", — подчеркивается в исследовании.
С момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году ученые предвидели их огромный потенциал в промышленности. Эти структуры обладают выдающейся теплопроводностью, электропроводностью, прочностью и механической стабильностью. Однако их практическое использование долгое время ограничивалось сложностями манипуляции из-за микроскопических размеров и трудностей интеграции в единые волокна.
Дополнительную сложность представляет резкое изменение характеристик нанотрубок при увеличении диаметра или числа внутренних слоев. Это требует прецизионного контроля параметров при создании наноматериалов, поскольку отклонения в производстве делают продукцию непригодной.
Традиционные методы измерения диаметра и свойств нанотрубок сталкивались с фундаментальной проблемой: атомно-силовые микроскопы разрушали образцы при попытке сканирования их внутренней структуры.
Хотя лабораторные исследования это не исключало, промышленное тестирование требовало сохранения целостности материалов после контакта с измерительным зондом.
Международная команда нашла элегантное решение, обнаружив, что деформация происходит не при первом касании иглы микроскопа, а при ее последующем перемещении вдоль образца.
"После каждого замера игла приподнимается, образец сдвигается, и зонд опускается на новую точку. Мы не царапаем поверхность, а бережно сканируем сверху, сохраняя хрупкие объекты неповрежденными. Для этого созданы специальные алгоритмы и высокоскоростная электроника, обрабатывающая сигналы взаимодействия в реальном времени", — поясняется в работе.
Применив новую методику, ученые измерили свойства белковых нанотрубок и впервые зафиксировали изменения их размеров под воздействием электрических полей.
"Пьезоэлектрический эффект, преобразующий электричество в механическое движение, лежит в основе микрофонов, УЗИ-аппаратов и миниатюрных моторов. Ранее упругость и пьезоэлектрические свойства изучались раздельно. Наш подход позволяет измерять их одновременно, гарантируя сохранность объектов", — отмечают исследователи.
