Использование зависимости электрических свойств НТ от механической нагрузки

В нанотрубках обнаружен электромеханический эффект [178]. Сущность его состоит в значительном изменении электрической проводимости нанотрубки даже при небольшом изгибе. Таким образом, нанотрубка оказалась способна преобразовывать механическую энергию в электрическую и обратно.

Электромеханические характеристики металлической одностенной углеродной нанотрубки были изучены при воздействии острия атомно-силового микроскопа на нанотрубку (рис. 99).

В эксперименте нанотрубка располагалась на подложке в контакте с двумя металлическими электродами. Центральная часть нанотрубки свободно провисала над подложкой, т. к. в этой области подложки предварительно протравляли канавку шириной около 600 нм, так, чтобы нанотрубка могла прогибаться при механическом воздействии острия микроскопа. В процессе измерений записывали временные зависимости возвратно-поступательных перемещений острия микроскопа и сопровождаемые ими вариации электропроводности нанотрубки.

Установлено, что при смещении центра нанотрубки на величину d требуется приложение силы, пропорциональной кубу величины d: F(d) = 8YA (d/l)³, где А — поперечное сечение нанотрубки, а Y — ее модуль Юнга, оцененный в 1,2 ТПа.

Можно видеть, что деформация нанотрубки сопровождается уменьшением проводимости. Вариации проводимости обратимы — при снятии нагрузки полностью восстанавливаются и механические, и электрические свойства нанотрубки. При d = 80 нм наблюдается более чем стократное падение проводимости.

Численные расчеты, выполненные в рамках метода молекулярной динамики, свидетельствуют о том, что сильные вариации электропроводности при изгибе нанотрубки обусловлены локальными изменениями гибридизации атомов С в области изгиба с sp² на sp³.

Изменение электрических свойств нанотрубок под действием механической деформации может использоваться в разнообразных электромеханических устройствах — там, где требуется преобразование механического сигнала в электрический. Простейшим из возможных применений этих эффектов может стать микрофон с активным преобразователем на основе нанотрубок. Это будет самый крошечный «жучок» с отличными частотными характеристиками.