2.1.9. Властивості: механічні, електричні, капілярні.

Механічні властивості. Нанотрубки, як було сказано, є на рідкість міцним матеріалом, як на розтяг, так і на вигин. Більше того, під дією механічних напруг, які перевищують критичні, нанотрубки не "рвуться", а перебудовуються.

Як показують результати експериментів і чисельного моделювання модуль пружності вздовж осі трубки складає 7000 ГПа, тоді як для легованої сталі і найбільш пружного металу ітрію відповідно 200 і 520 ГПа.

Нанотрубки можуть стати основою для космічних ліфтів. Космічні ліфти - неймовірно високі будови, призначені для доставки вантажів на орбіту Землі. Поки що вони сприймаються як фантастика, однак команда вчених з Королівського коледжу Лондона (King's College London) заявляє, що незабаром побудова космічних ліфтів може стати реальністю.

За словами вчених, за це варто дякувати розвитку технології вуглецевих нанотрубок, які «теоретично» мають достатню міцність для того, щоб розтягнутися більш ніж на 35,4 тис. км над Землею.

Уявимо, що, як це передбачалося раніше, тросом для космічного ліфта буде служити якась клиноподібна однорідна структура, що складається з найміцніших на сьогоднішній день матеріалів, то діаметр троса на геостаціонарній орбіти Землі буде близько 2 км і звузиться до 1 мм біля поверхні Землі. У цьому випадку загальна маса складе 60.10¹⁰ тон. Якби в якості матеріалу використовувалися вуглецеві нанотрубки, то діаметр троса склав би відповідно 0,26 мм і 0,15 мм біля поверхні Землі, у зв'язку з чим загальна маса була б 9,2 тонн. Отже, вуглецеве нановолокно – це саме той матеріал, який необхідний при будівництві троса, реальний діаметр якого складе близько 0,75 м, щоб витримати також електромагнітну систему, що використовується для руху кабіни космічного ліфта.

Електричні властивості. Електропровідність вуглецевих нанотрубок є ключовим параметром цих об’єктів, від неї залежить їх подальше використання з метою мініатюризації приладів мікроелектроніки.

Внаслідок малих розмірів вуглецевих нанотрубок тільки в 1996 році вдалося безпосередньо виміряти їх питомий електричний опір чотирьохконтактним способом. Як показують результати чотириконтактних вимірювань температурних залежностей питомого опору плівки нанотрубок, виконаних в діапазоні температур 0,03 < Т < 300 К, питомий опір нанотрубок може змінюватися в значних межах - від 5,1^.10^-6 до 0,8 Ом/см. Мінімальна питомий опір на порядок нижче, ніж у графіту.

Як було сказано, існують металічні і напівпровідникові нанотрубки. Металічні нанотрубки проводять електричний струм навіть при абсолютному нулі температур, тоді як провідність напівпровідникових трубок рівна нулю при абсолютному нулі і зростає з підвищенням температури.

Також було відкрито таку властивість нанотрубок, як надпровідність (проходження електричного струму без втрат). Особливості переносу заряду в нанотрубці істотно відрізняються від тих, які притаманні звичайним, тривимірним провідникам і, мабуть, пояснюються одновимірним характером переносу.

Також цікавим є той факт, що при невеликому вигині одношарової нанотрубки різко змінюється її провідність. Ця властивість може розширити сферу застосування нанотрубок. З одного боку, нанотрубка виявляється готовим високочутливим перетворювачем механічних коливань в електричний сигнал і назад (фактично це – телефонна трубка довжиною в кілька мікрон і діаметром близько нанометра), а, з іншого боку, це практично готовий датчик найдрібніших деформацій. Такий датчик міг би знайти застосування в пристроях, контролюючих стан механічних вузлів і деталей, від яких залежить безпека людей, наприклад, пасажирів поїздів та літаків, персоналу атомних і теплових електростанцій і т. п.

Капілярні властивості. Як показали експерименти, відкрита нанотрубка володіє капілярними властивостями. Щоб відкрити нанотрубку, треба видалити верхню частину – кришечку. Один із способів видалення полягає у відпалі нанотрубок при температурі 850 °С протягом кількох годин у потоці вуглекислого газу. В результаті окислення близько 10% всіх нанотрубок виявляються відкритими. Інший спосіб відкриття нанотрубок полягає у витримці в концентрованій азотній кислоті протягом 4,5 годин при температурі 240 °С. У результаті такої обробки 80% нанотрубок стають відкритими.

Перші дослідження капілярних явищ показали, що рідина проникає всередину каналу нанотрубки, якщо її поверхневий натяг не вище 200 мН/м. Тому для введення будь-яких речовин всередину нанотрубок використовують розчинники, що мають низький поверхневий натяг. Так, наприклад, для введення в канал нанотрубки деяких металів використовують концентровану азотну кислоту, поверхневий натяг якої невеликий (43 мН/м). Потім проводять відпал при 400 °С протягом 4 годин у атмосфері водню, що призводить до відновлення металу. Таким чином були отримані нанотрубки, що містять нікель, кобальт і залізо.

Вуглецеві нанотрубки можуть також заповнюватися газоподібними речовинами, наприклад воднем в молекулярному вигляді. Ця здатність має практичне значення, бо відкриває можливість безпечного зберігання водню, який можна використовувати як екологічно чисте паливо у двигунах внутрішнього згоряння.