Добавить новость
smi24.net
News in English
Июнь
2024

Understanding Why Carbon Nanotube Bundles Become Mechanically Weak When Twisted Molecular dynamics simulations shed light on a critical limitation of carbon nanotube yarns, paving the way for possible solutions

0

Local rearrangements of carbon nanotubes (CNTs) upon twisting may be the cause for the poor mechanical performance of CNT bundles and yarns, report scientists from Tokyo Tech. Using molecular dynamics simulations, they revealed that defects known as disclination lines appear when a CNT bundle is twisted, which alters the tensile properties of the whole system. Their findings could help us understand and solve current challenges holding CNT bundles and yarns back in many applied fields.

Aside from being an essential building block for life, carbon is being actively researched due to its versatility as an engineering material. Carbon nanotubes (CNTs), in particular, have demonstrated tremendous potential for aerospace, semiconductor, and medical applications, mostly owing to their high strength and low weight.

Since CNTs are typically short, they need to be weaved into bundles or yarns to expand their practical uses. However, scientists have noted that CNT bundles (CNTBs) and CNT yarns both exhibit a much lower tensile strength than single CNTs when they undergo twisting—this drop in stretching performance can even reach several orders of magnitude! The worst part is that, despite research efforts, the reasons behind this phenomenon remain unclear.

In a recent study published in Carbon on 30 May 2024, a research team led by Associate Professor Xiao-Wen Lei from Tokyo Institute of Technology, Japan, sought to solve this puzzle. By combining molecular dynamics (MD) simulations and the Delaunay triangulation algorithm, they shed light on what could be happening inside CNTBs as they are twisted.

The researchers designed several CTNB models and setups for the MD simulations, considering different numbers of CNT layers, CNT lengths, twisting angles, and twisting force profiles. After running the simulations, they carefully analyzed how the CNTBs reacted to the stretching before and after twisting.

By observing the cross-section of the twisted CNTBs, the team revealed that the poor mechanical performance of CNTBs and CNT yarns may be caused by what's known as ‘wedge disclinations.’ To understand what these are, one should first know that CNTs naturally arrange themselves in hexagonal patterns when bundled. A disclination refers to a defect in this pattern, whereby either a CNT is missing from the group of six (positive disclination) or an additional CNT is inserted to form an arrangement of seven (negative disclination).

Based on the simulations, the researchers found that when the CNTBs were twisted, disclinations arose due to local CNT rearrangements. These disclinations formed long, curved disclination lines in CNTBs with more layers. Most importantly, these lines appeared to have a direct effect on the behavior of the CNTBs upon mechanical stretching. "We observed that the presence of disclination lines resulted in a decrease in the Young's modulus of the CNTBs, with longer disclination lines corresponding to a lower Young's modulus. The appearance of disclination lines in twisted CNTBs may thus be one of the key reasons for the decline in the mechanical properties of the CNT yarns," explains Lei.

Taken together, the findings of this study help explain some of the current limitations of CNTBs and hint at potential solutions to realize high-performance CNT yarns through twisting. "Leveraging insights gained from understanding the correlation between microscopic internal stacking structural changes and mechanical properties caused by the introduction of lattice defects in materials could pioneer a new academic field related to computational materials science," highlights Lei. "We ultimately aim for our research to contribute to the realization of a smart, sustainable, and prosperous society in the near future."

With any luck, the current challenges associated with CNTs will soon be addressed so that these amazing materials help us push the state of the art further.

Reference

Authors :
Tong Lu1, Xiao-Wen Lei1,2,*, and Toshiyuki Fujii1
Title :
Nucleation of disclinations in carbon nanotube bundle structures under twisting loads
Journal :
Carbon
DOI :
Affiliations :
1School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology, Japan
2Precursory Research for Embryonic Science and Technology (PRESTO), Japan Science and Technology Agency (JST), Japan

* Corresponding author's email: lei.x.ac@m.titech.ac.jp

Related

School of Materials and Chemical Technology
—Encompassing the Disciplines of Science—

Information on School of Materials and Chemical Technology inaugurated in April 2016

School of Materials and Chemical Technology

Schools, Departments, and Institute for Liberal Arts

Further Information

Associate Professor Xiao-Wen Lei

School of Materials and Chemical Technology, Tokyo Institute of Technology

Email lei.x.ac@m.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-3260

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975








Астраханское сервисное локомотивное депо стало участником Всероссийской ярмарки трудоустройства

Телеканал ТНТ и онлайн-кинотеатр KION объявляют дату премьеры комедийного сериала «Три сестры» с Ларисой Гузеевой и Павлом Деревянко

Врач-офтальмолог Элина Санторо: как выбрать идеальные солнцезащитные очки

Сахар в жару скачет даже у здоровых: как климат влияет на инсулин и глюкозу рассказала доктор Филатова


The anti-DEI movement has a new ally: The FCC

Jerome Powell is gaining some key backing on Capitol Hill from GOP senators

American firms in China report record-low new investment plans for 2025, and doubts about their profitability

OpenAI warns that its new ChatGPT Agent has the ability to aid dangerous bioweapon development


Боевик ВСУ лишился свободы на 15 лет за совершение теракта в Курской области

Инвестиции в ИИ — главный приоритет для финансовых директоров

В Белгороде две пьяные компании устроили кровавую драку из-за откровенного купальника

Голосуем за наши мосты!


The origin of 'AI Appreciation Day' isn't what you think: It was started by an Elon Musk admirer who camped outside of SpaceX Starbase for a year hoping to talk to the billionaire about AI regulation

В демоверсию Silver Palace можно будет поиграть 3 августа в Китае

Destiny 2 Phoneutria Fera god roll guide: Best perks, barrels, and magazines

В Pokémon TCG Pocket обновится система торговли карточками



Московское «Динамо» потеряло очки в первом матче сезона с новичком РПЛ

Подводный праздник в Dhawa Ihuru: погружение за скидками

День текилы в Waldorf Astoria Seychelles Platte Island

Слуцкий высказался о новых санкциях, введённых против России.


«Путь к вершинам»: вдохновляющий проект для детей и подростков с ограниченными возможностями здоровья в Приэльбрусье

Сбежавший кенгуру Сидней не только научился плавать, но и обучает этому сородичей в зоопарке

Почти 30 лет: Россия прекратила военно-техническое сотрудничество с Германией, которое действовало с 1996 года

Суд признал долг Елены Блиновской перед Сбером по кредиту в 13 млн рублей на ресторан в Красноярске


Жители Воскресенска могут получить консультацию врача, не выходя из дома

Историческая и человеческая справедливость восторжествовала

12-летний отпрыск мигрантов-таджиков рассказал парню на улице, что он думает о русских, а Россия им за это — пособия и паспорта

урпп максим


Мирре Андреевой сообщили хорошие новости после Уимблдона-2025

Вероника Кудерметова: безумно рада выиграть Уимблдон. Для всех это особенный турнир

Раис Татарстана встретился с чемпионкой Уимблдона Вероникой Кудерметовой

Рублев вышел в четвертьфинал турнира в Лос-Кабосе


Где украденные нацистами сокровища? В Польше возобновили поиски немецкого «золотого поезда»

Представитель Рязанской области Захар Петров завоевал две золотых медали на Чемпионате России по гребле

19 июля: какой праздник отмечают в России и мире

Историческая и человеческая справедливость восторжествовала


Музыкальные новости

С одного из похитителей Авраама Руссо взыскали 500 тысяч вместо 5,7 миллиона

Кажетта Ахметжанова: что не стоит дарить согласно приметам и суевериям

«Путь к вершинам»: вдохновляющий проект для детей и подростков с ограниченными возможностями здоровья в Приэльбрусье

«Путь к вершинам»: вдохновляющий проект для детей и подростков с ограниченными возможностями здоровья в Приэльбрусье


Гафин поделился ожиданиями от встречи "Динамо" с "Балтикой" в РПЛ.

Подводный праздник в Dhawa Ihuru: погружение за скидками

Слуцкий высказался о новых санкциях, введённых против России.

Правительство разъяснило порядок выплат утильсбора.


Три в один: Россия добивается оживления формата с Индией и Китаем

"Динамо" завершило первую игру нового сезона РПЛ вничью против "Балтики"

«Путь к вершинам»: вдохновляющий проект для детей и подростков с ограниченными возможностями здоровья в Приэльбрусье

Сергей Собянин сообщил о планах расширения сети летних лагерей для подростков


Правительство разъяснило порядок выплат утильсбора.

В Москве наказали водителей, которые подрались на фоне Кремля

В Москве массовое ДТП затруднило движение на внутренней стороне ТТК

Маршрут от Ноябрьска до Москвы на автомобиле станет короче


Губернатор Владимирской области информировал Путина о progresso региона.

Мединский отметил, что Путин лучше многих историков разбирается в прошлом.

Полетели! Бересту дали Героя. Объявлен заморный период. Противогаз в массы. А вы не ищите...

Губернатор Авдеев рассказал о поджоге Киева в XII веке.


Ситуация в медицине в России: преодоление новых вызовов хуже, чем во время COVID-19.



Источник 360.ru: в московской клинике пациентов снимали скрытой камерой

Проверь здоровье: диспансеризацию можно пройти в парках Москвы и Подмосковья

Опасная сторона загара: дерматолог Энгельгардт о последствиях для кожи

Сахар в жару скачет даже у здоровых: как климат влияет на инсулин и глюкозу рассказала доктор Филатова


Раскрыта роль Зеленского в убийстве полковника СБУ Воронича в Киеве

В Киеве пожаловались, что Европа не хочет отдать им российские активы

Все получат по заслугам. Россия заявила о праве бить по странам, которые помогают Киеву. Свежая сводка с фронтов СВО от военкоров


Московское «Динамо» потеряло очки в первом матче сезона с новичком РПЛ

Сергей Собянин сообщил о планах расширения сети летних лагерей для подростков

Александрова покинула турнир в Гамбурге, не дойдя до полуфинала.

"Динамо" и "Балтика" сыграли вничью в матче-открытии нового сезона РПЛ


Лукашенко жестко поставил задачу по уборке урожая со словами «умри, но сделай»

Лукашенко поручил милиции разобраться «на всю катушку» с кражами в хозяйствах

Лукашенко потребовал от чиновников «не потерять картофель»

Лукашенко настоятельно призвал жестко остановить воровство в аграрной сфере.


Сергей Собянин рассказал о проекте «Сделано в Москве» и его значении для предпринимателей

Собянин: Еще два БЛПА уничтожены силами ПВО Минобороны на подлете к Москве

Сергей Собянин сообщил о планах расширения сети летних лагерей для подростков

Сергей Собянин: К началу учебного года подготовим 30 детских садов и школ


В экоточках Москвы теперь можно сдать на переработку электроприборы

Компании Москвы разрабатывают уникальное оборудование для очистки воды

Два краснокнижных стервятника поселились в Московском зоопарке впервые за 50 лет

Экоточки Москвы начали принимать на переработку электроприборы


Собянин сообщил о еще одном сбитом беспилотнике, летевшем на Москву

Где украденные нацистами сокровища? В Польше возобновили поиски немецкого «золотого поезда»

Историческая и человеческая справедливость восторжествовала

Шэрон Стоун может вернуться к своей роли в ремейке «Основного инстинкта»


Архангельская область - не самое перспективное место для трудоустройства

Защищённый планшет Saotron RT-W11J на базе ОС Windows10

Органами прокуратуры в сфере надзора за исполнением законодательства при реализации национальных проектов в первом полугодии 2025 года выявлено более тысячи нарушений

Прокуратура подсчитала риски нацпроектов в Архангельской области


Новый археологический парк создан в Севастополе

Депутат Госдумы сравнил новый пакет санкций с удавкой на шее ЕС

Коктебель частично останется без электричества: в Симферополе, Евпатории, Керчи, Джанкое, Феодосии и Севастополе отключат свет 18 июля

Традиции народов Марокко и Мавритании в пересказе российского путешественника


Мишустин прекратил действие договора с ФРГ о военно-техническом сотрудничестве

корр максим

Шэрон Стоун может вернуться к своей роли в ремейке «Основного инстинкта»

Работы по обновлению ветхой постройки завершили на севере Москвы














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *