Статистика
Одним из элементов наноэлектромеханики должен быть наноподшипник, например, на
основе многослойной углеродной нанотрубки [3]. Принцип ее действия схож с
традиционным подшипником: внутренний слой нанотрубки закреплен на неподвижной оси,
а внешние слои могут вращаться вокруг нее (рисунок 1).
Рис.1 Устройство подшипника на нанотрубке.
Важнейшей при изготовлении наноподшипника является процедура заострения
многослойной нанотрубки: в области наконечника удаляется часть внешних слоев, что
придает ей форму телескопической удочки, внутренние слои которой могут вытягиваться
либо фиксироваться, в то время как внешние слои свободно вращаются вокруг своей оси.
Для этого используется испарение внешних слоев многослойной нанотрубки, которая
нагревается при прохождении через нее электрического тока. Важной технологической
особенностью является подбор величины силы тока, чтобы, с одной стороны, удалить
нужное число слоев, а с другой – предотвратить ее полное термическое разрушение.
Поток в углеродных нанотрубках
Для моделирования селективного переноса с высокими скоростями в каналах живых
клеток могут оказаться полезными наноструктуры. Исследователи [4] отмечают, что
скорость потока жидкости через мембраны, собранные из ориентированных углеродных
нанотрубок, может на 4-5 порядков превышать предсказываемую обычной теорией течения
жидкости. Это является следствием почти полного отсутствия трения со стенкой нанотрубки.
В "наноузком" потоке образуются упорядоченные водородные связи между молекулами
вращающаяся часть
нанотрубки
закрепленная часть
нанотрубки4
воды, что вместе со слабым сцеплением воды с гладкой поверхностью нанотрубки
способствует увеличению скорости потока до теоретически ожидаемой ~90см/с.
Для эксперимента использовалась свежеприготовленная мембрана из многостенных
углеродных нанотрубок (внутренний диаметр 7нм, поверхностная плотность 5х1010см–2).
Измеряли потоки воды и других растворителей при давлении ~1атм. Установлено, что
скорости потока на 4-5 порядков больше, чем ожидаемые для обычного потока жидкости
через поры диаметром 7нм. Вопреки ожиданию, скорость потока не уменьшалась с
увеличением вязкостижидкости, например, для водыи гексана.
Исследователи заключают, что такие высокие скорости возможны, если на поверхности
нанотрубки отсутствует трение. Этот результат объясняется в обычно принятых терминах
длины залипания, которая является экстраполяцией предельного радиуса поры,
необходимого для нулевой скорости на гипотетической стенке поры. В случае углеродной
нанотрубки длины залипания исключительно высокие, от 3 до 70мкм, что значительно выше
радиуса пор 3.5нм, т. е., отвечают условию почти полного отсутствия трения на поверхности.
Длина залипания снижается для более вязких растворов, что указывает на их более сильное
взаимодействие со стенкой нанотрубки. Наблюдаемые скорости потока воды 10-44см/с
близки к предсказанной для потока водычерез одностенную нанотрубку (~ 90 см/с).