最新的研究当中，研究人员测试了单个纳米管结的刚度，发现了基于“字母”形式的不同特征。他们认为，特殊字母构建的材料可能有利于宏观结构的构建。

莱斯大学科学家利用picoindenter（纳米力学行为检测系统）来测量纳米管“字母”的连接刚度。他们确信字母处理应变在不同程度上取决于其形式。（图片来源：EvgeniPenev/Rice University）

不用担心ABCs。莱斯大学科学家正用他们感兴趣的纳米管来研究XYΩs。

炉子当中生长的碳纳米管并不总是直的。有时会弯曲甚至纠缠在一起，有时也会分叉处好几个方向。现在，莱斯大学研究人员意识到有工具可以用于检测这些分叉到底有多牢固。

他们采用实验和模拟来研究纳米管结合处的刚度，发现不同形式的结合引起的刚度截然不同。事实证明，某些类型的结合更加牢固，一旦纳米管用于构建宏观结构，所有这些都将有用。

莱斯大学材料科学家PulickelAjayan和理论物理学家Boris Yakobson领导的研究团队为这些纳米管的形状命名：I为直线纳米管，Y为分支型，X为共价键连接交叉型，倒V为以一定角度连接的纳米管，Ω为非共价键结合的纳米管，即通过范德瓦尔斯力或其他形式的力结合。

他们说，这种“纳米管字母”的有针对性合成有望为将来具有可调机制的纳米结构提供材料。

相关研究结果发表于美国化学学会出版的《纳米快报》（Nano Letters）期刊上。

该论文作者之一、akobson课题组研究科学家EvgeniPenev说：“我们需要某种语言来描述连接的具体构造，因此我们认为可以使用字母。”

Ajayan实验室的博士后Chandra SekharTiwary采用PicoIndenter（纳米力学行为检测系统）来探测纳米管结，PicoIndenter可测量纳牛（力的单位，十亿分之一牛）级的力和纳米级的位移。Hysitron公司的PicoIndenter安装于扫描电子显微镜上，Hysitron是明尼阿波利斯的一家纳米力学测量仪器制造及测试公司。

莱斯大学的研究生SehmusOzden负责碳纳米管的生长，并将其分散在溶液当中，最后在硅片上干燥，放置在显微镜下，Tiwary负责对不同“字母”进行观察扫描。然后，他必须保证这些“字母”是完整的纳米管，而不是两个单独的纳米管。“管与管之间的间隙可能只有1纳米，但是显微镜的分辨率是5纳米，因此，我们必须提起纳米管的一端，以确保其实真正焊接的。如果纳米管很容易分开，我们就只能转向下一个备选样了。”

Tiwary说应用探针来测试单个纳米管的特殊点位是对耐心的考验。一旦出现较好的备选，他和Hysitron资深科学家SanjitBhowmick（也是该论文的作者之一）光对准结，花20分钟以上的时间缓慢的对结施加和释放足够的力，但不能破坏结。“过去，这些测试都是使用蛮力，但是新工具优势明显，我们能够观察压缩的纳米管。”Tiwary如是说。

他们发现，在原子键合的管当中，X具有最好的刚度，几乎能够恢复到其原始形状。接下来是Y，再者是任何角度的倒V型，但所有这些都会留下凹痕，因为在内壁之间形成了新的链接。与其他纳米管非共价键结合的I和Ω恢复到原来的构造。

实验操作者向Yakobson理论课题组的研究生YangYang寻求帮助，以解释纳米管处理应变的机理。Yang构建了每个“字母”的原子级、三壁计算模型，并用虚拟探针测试其强度。

Tiwary说：“实验中，我们定量确定了正在发生的事情，但这无法告诉在管内发生了什么。在我们进行模拟计算之前，我们都不能确切的知道碳纳米管内的行为。”

答案与结的原子几何结构息息相关。纳米管交汇处，通常以六元环形式结合的碳原子往往被迫调整成五元环或七元环（称为位错），以此来保持最低能量态。

位错的数量使得纳米管分支的每个角度都不同。由于位错首先受力，他们确定这些变化决定了纳米管字母的整体刚度。

Yakobson课题组前期研究发现，石墨烯，即原子厚的六边形碳，其强度非常高，延展性不是很好。但新的模拟结果也显示了纳米管（可由石墨烯卷曲而成）的局部壁拉伸强度足以分散施加在结上的应变。

Penev提出某些字母型的纳米管地毯具有一些材料方面的优势。“想象一下，如果所有的纳米管都是上下颠倒的Y状，这样的地毯将很难被压碎。”

目前的问题是科学家能否生长出均匀的字母分支。“我们能否拥有所有的Y状，并且排列完美？或者我们能否让所有的X状互连，并使其形成一个结构？”Tiwary这样回答，“这将是下一个挑战，但这只是投入时间的问题。我对此表示乐观。

新材料在线编译整理——翻译：菠菜     校正：摩天轮