Ученые Сколтеха совместно с китайскими коллегами создали первую эмпирическую модель, объясняющую сенсорное поведение трехфазных систем на основе углеродных нанотрубок в диапазоне от –170 °C до 90 °C. Работа опубликована в журнале Carbon при поддержке Российского научного фонда. Об этом сообщает издание Naked Science.
Однослойные углеродные нанотрубки — основа многофункциональных материалов. Они выпускаются в виде порошков, пленок или волокон. Авторы объединили несколько форм, чтобы определить ограничения «умных» материалов для датчиков в экстремальных условиях.
«Волокна из нанотрубок прочны, обладают высокой проводимостью и чувствительны к деформации, химикатам и температуре, — поясняет аспирант Сколтеха Никита Гордеев. — Но мультичувствительность — обоюдоострый меч: трудно понять, на какой параметр реакция». Разделение сигналов — сложная задача, но ее решение позволяет определить, на что реагирует материал.
Команда выяснила: несмотря на структурные различия, температурная зависимость электропроводности одно-, двух- и трехфазных систем подчиняется единому механизму — прыжковому переносу заряда при криогенных температурах и металлическому рассеянию при высоких.
Доцент Дмитрий Красников назвал результат простым и универсальным: «Полученный закон сложения сопротивлений встречается во многих разделах физики. Это проявление красоты природы, когда сложная многофазная система подчиняется элегантному принципу».
«Материалы нового поколения упрощают инженерные системы, заменяя набор разных материалов одним, — отметил доцент Хассаан Ахмад Батт. — Нацеливаясь на датчики для рыночных продуктов, мы обеспечиваем лидерство в их внедрении. Нужно понимать взаимодействие материалов, их ограничения и пути улучшения».
Профессор Альберт Насибулин добавил: «Работа закладывает базис для иерархических углеродных материалов, которые на пороге промышленного внедрения. Волокна из нанотрубок обладают высокой удельной проводимостью и могут интегрироваться в аэрокосмические композиты как датчики или проводка. Объединение подходов для создания „умных“ материалов с заданными свойствами — следующий шаг. Благодаря этому исследованию мы знаем, как меняются сенсорные свойства при экстремальных температурах, и как отделить температурные эффекты от других воздействий».