Легкие и невероятно прочные сторонники рекламируют углеродные нанотрубки как основной строительный материал. Эти крошечные цилиндры из связанных углеродных молекул появляются везде, от гоночных велосипедов до биомедицинских устройств. И многие ученые предложили использовать этот материал, чтобы воплотить давнюю мечту о космическом лифте из художественной литературы в реальность. Но новое исследование добавляет еще одну проблему в концепцию, показывая, что расположение атомов в крошечных углеродных структурах может привести к разрушению всей системы, сообщает Джордж Дворски для Gizmodo .
Связанный контент
- Эта лифта мысли новатора должна быть круглой
Космический лифт работает точно так, как предполагает его название, поднимая автомобиль или корпус с поверхности Земли в космос. Технология может революционизировать космические путешествия, делая ее проще и дешевле, чем запуск космического корабля на борту огромных ракетных двигателей.
Идея была впервые введена в популярную культуру сэром Артуром Кларком в его научно-фантастическом романе 1979 года «Фонтаны рая», сообщает Мишель З. Донахью для Smithsonian.com. Позже ученые прыгнули на эту концепцию и десятилетиями приближались к возвышающейся структуре.
Строительство космического лифта - задача не из легких. Основная идея заключается в том, что космический лифт будет привязан к точке на Земле, простирающейся до терминала в космосе, который движется синхронно с орбитой и вращением Земли. Но поскольку кабель должен растягиваться на десятки тысяч миль, материал должен быть прочным и легким для работы.
Новое исследование, однако, обнаружило, что углеродные нанотрубки не являются идеальным решением. В то время как идеально сконструированная углеродная нанотрубка примерно ширины нити может быть достаточно прочной, чтобы поднять автомобиль, неправильное расположение одного атома снижает его прочность на растяжение вдвое.
«Только [углеродные нанотрубки] с высочайшим качеством способны сохранить свою идеальную прочность», - говорит Джейн Арон для New Scientist, исследователь Гонконгского политехнического университета и ведущий автор исследования. «Большинство серийно выпускаемых [углеродных нанотрубок] очень дефектны, а высококачественные [углеродные нанотрубки] трудно производить в больших количествах».
Дин и его коллеги провели компьютерное моделирование, проверяя, как структура гексагональной сетки большинства углеродных нанотрубок сохранится, если ее изменить. Они обнаружили, что один атом, находящийся не по центру, вызывает слабость, которая может по существу «расстегнуть» всю трубку, например натягивание свободной нити на свитер, сообщает Арон.
Производство нанотрубок все еще находится в зачаточном состоянии, что делает неизбежным появление нескольких плохих трубок. Но это последнее исследование показывает, что эти несколько слабых звеньев могут нанести вред более крупным структурам. Даже самые оптимистичные сторонники космических лифтов давно знают, что до его воплощения еще далеко. Но это исследование предполагает, что у ученых есть еще больше барьеров для возведения массивной конструкции, пишет Дворский.
«Если не будут достигнуты большие успехи в синтезе [углеродных нанотрубок], использование [углеродных нанотрубок] для создания космического лифта было бы чрезвычайно сложной задачей», - говорит Дин Арону.
