силою натягу T=k (Lg), де - довжина деформованого пучка (g - довжина ненапряженного пучка, х- максимальна поперечна деформація (див. рис. 10). Максимальна пружна деформація? max перебувала за формулою:
, де
,
в точці x=x max - x 0, де x max -
значення x, при якому мотузка рветься або з'являється пластична деформація. Основне значення? max, отримане в цьому експерименті, виявилося рівним 5,8 ± 0,9%, тобто близьких до розрахункових оцінками порогової величини деформації, благоприятствующей формуванню дефектів.
Рис. 10 Схема, що пояснює розрахунок
В роботі [14] (10,10) нанотрубки з діаметром 1,36 нм, синтезовані методом лазерної абляції, також піддавалися дослідженню методом атомно-силової мікроскопії. Схема експерименту представлена ??на рис. 11.
Рис. 11 Схема експерименту
біморфного п'єзоелемент виконував роль гнучкого елемента, опосредующего необхідні переміщення і силу. На нього кріпився зонд з кантільоверамі, силові постійні яких складають 0,4 Н/м. Зонд виступав в якості датчика сили, яку визначає прикладену навантаження. Зміна всіх відстаней в ході експерименту фіксувалося за допомогою скануючого електронного мікроскопа в режимі зображення з повільним скануванням. Визначена таким чином максимальна деформація, при якій нанотрубки ще проявляли пружне поведінку, склала 5,3%.
1.2 Детектування перегрупувань Стоуна-Вейлз в нанотрубках
Детектування перегрупувань Стоуна-Вейлз вкрай непросте завдання. По-перше, необхідно виділити одну нанотрубку з одержуваних при синтезі пучків, що складаються з 10-100 пов'язаних Ван-дер-ваальсовими зв'язками нанотрубок. По-друге, в ній потрібно утворити сам дефект. В роботі [15] це вдалося зробити при температурі близько 2000 ° С, взятої відповідно до теоретичних оцінок роботи [1]. Власне детектування здійснювали за допомогою скануючого електронного мікроскопа JEOL 2010F високого дозволу (0,14 нм при прискорюючій напрузі 120 кеВ). Отримане зображення показано на рис. 12.
Рис. 12 Зображення перегрупування Стоуна-Вейлз при +2273 К (Сканирующая тунельна мікроскопія). Зелені крапки - шестикутники, сині - п'ятикутники, червоні - семикутники
В роботі [16] перегрупування Стоуна-Вейлз вдалося детектувати за допомогою раманівської спектроскопії. Присутність дефекту спотворює симетрію вуглецевої нанотрубки і призводить до виникнення характерних локалізованих коливальних мод. В експерименті використовувалися очищені нанотрубки, синтезовані методом лазерної абляції і поміщені на срібну фольгу для використання методики SERS (посилене поверхнею комбінаційне розсіювання). У ході експерименту були виявлені 2 з 3 передвіщених характерних коливальних мод для дефекту Стоуна-Вейлз (cм. Рис. 13).
Рис. 13 рамановских спектр дефектної (9,9) нанотрубки (ліворуч). Характерні коливальні моди для дефекту Стоуна-Вейлз (праворуч)
У розрахунку були передбачені коливання при один тисячі сто двадцять дві, 1173 і 1810 см - 1, тоді як в експерименті вдалося виявити смуги при тисячі сто тридцять дев'ять і тисячі сто вісімдесят три см - 1. Відсутність останньої з передбачених смуг можна пояснити тим, що С-С зв'язок в центрі дефекту можливо нахилена по відношенню до осі трубки, що, за даними розрахунку, призводить до істотного зсуву частоти.
1.3 Вплив дефекту Стоуна-Вейлз на властивості нанотрубки
Вплив дефекту Стоуна-Вейлз на властивості нанотрубок на даний момент вивчалося тільки теоретично, оскільки експериментальні дослідження пов'язані з очевидними труднощами. Перегрупування Стоуна-Вейлз впливає на хімічну активність нанотрубки, про що свідчить ряд робіт [17-25]. В роботі [17] досліджували приєднання до бездефектної і дефектної (5,5) нанотрубці типу крісло двовалентних аддендов О, СH 2 і O 3. За допомогою методу функціонала щільності (гібридний обмінно-кореляційний функціонал B3LYP [26-28] базисний набір 6-31G) розглядали впровадження атома кисню по подвійному зв'язку відрізка нанотрубки з Гідрований кінцями стехіометрії З 70 H 20 (7 кільцевих поясів). Виявилося, що для бездефектної нанотрубки екзотермічний ефект приєднання становить 74,6 ккал/моль, тоді як в дефектної всього лише 12,2 ккал/моль, що вказує на більш низьку реакційну здатність дефекту. Розрахунки для повного набору аддендов проводили на збільшеному 13-слойном фрагменті з оптимізацією з базисним набором 3-21G і перерахунком енергії в точці з базисом 6-31G. Для всіх трьох аддендов дефект виявився менш реакционноспособен. Різниці енергій приєднання склали - 18,3 ккал/моль (для О), - 34,4 кк...
