Процесс сохранения устоявшихся свойств углеродных нанотрубок в различных применениях

Отличительные и привлекательные характеристики углеродных нанотрубок, таких как высокая электропроводность, исключительно легкий вес и более высокая стабильность, чем сталь, будут пригодны для ряда применений, таких как высокоэффективные пластмассы, сверхлегкие батареи и медицинские имплантаты ,

Тем не менее, до сих пор преобразование исключительных наномасштабных свойств в оперативное промышленное применение было очень сложным как в области науки, так и в промышленности. Либо трудно интегрировать углеродные нанотрубки с другими материалами, либо даже когда они интегрированы, они теряют свои выгодные характеристики позже.

В настоящее время исследователи из рабочей группы функциональных наноматериалов из Кильского университета (CAU) и Университета Тренто разработали заменяющий метод для интеграции минутных нанотрубок с другими материалами, так что сохраняются их внутренние характеристики. По сути, исследователи «ощущали» нанотрубки нитевидной формы в стабильную трехмерную сеть с потенциалом для поддержания экстремальных сил. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications известном журнале.

В этом новом процессе крошечные нитеподобные углеродные нанотрубки (УНТ) устраиваются – почти как войлок – образуют стабильную слезу -резистивный слой. КРЕДИТ: Фабиан Шютт.

Трудный кандидат

В области науки и промышленности широко исследовались широкоугольные углеродные нанотрубки менее 100 нм или УНТ, чтобы использовать исключительные характеристики прокатанного графена. Однако есть гораздо больше, чем просто теория.

Хотя углеродные нанотрубки являются гибкими, как волокна, они также очень чувствительны к изменениям . С предыдущими попытками химически связать их с другими материалами, их молекулярная структура также изменилась. Это, однако, ухудшило их свойства – в основном резко .

Профессор Райнер Аделанг, руководитель рабочей группы функциональных наноматериалов, CAU

Однако метод, принятый исследователями из Киля и Тренто, зависит от неосложненной процедуры влажной химической инфильтрации, в которой УНТ объединяются с водой и сделаны для капания на исключительно пористый керамический материал, образованный оксидом цинка, с возможностью впитывать жидкость, похожую на губку.

Нитевидные CNTS, которые капают на пористый материал, прикрепляются к керамическим лесам сами по себе и вместе спонтанно образуют устойчивый слой, например войлок. То есть керамические строительные леса покрываются нанотрубками. Это приводит к поразительным эффектам не только для лесов, но и для покрытия нанотрубок.

Видео на 360 ° иллюстрирует, как создаются сети CNT:

Пористая керамика образуется при высоких температурах, как показано здесь слиянием четырехцепочечных частиц, которые объединяются, как мелкие снежинки, которые образуют замкнутое, но легкое одеяло снега. Связанные частицы покрыты сетью углеродных трубок (представленной как прозрачная оболочка), а затем вытравлены.
Это мультимедийное симуляция о научной работе группы pf профессора Райнера Аделунга «Функциональные наноматериалы» в Кильском университете была разработана в рамках проекта сотрудничества между Кильским научным информационно-пропагандистским кампусом и Медиаодом в Центре по охране окружающей среды и общественному служению (Центр по культуре и науке, ZKW) Кильского университета прикладных наук.
Авторское право: Эдуард Томас, Кильский университет прикладных наук.

Следуя принципу бамбуковых зданий

С одной стороны, устойчивость керамических лесов доходит до такой степени, что она может почти выдерживать вес, который составляет 100 000 раз.

С покрытием CNT керамический материал может вмещать около 7,5 кг, а без него – всего лишь 50 г, как если бы мы снабдили его плотно прилегающим пулором из углеродных нанотрубок, которые обеспечивают механическую поддержку , Давление на материал поглощается прочностью на растяжение войлока УНТ. Сжимающие силы трансформируются в растягивающие силы .

Фабиан Шютт, первый автор исследования

. Концепцию можно сравнить с бамбуковыми зданиями, подобными тем, которые встречаются в Азии, где бамбуковые стебли очень тесно связаны с помощью простой веревки, так что очень устойчивые леса или даже целые структуры могут быть сделаны путем использования легкого материала .

Мы делаем то же самое в наномасштабе с нитями CNT, которые обертываются вокруг керамического материала – только намного, намного меньше.

Хельге Крюгер, соавтор исследования

Использование крошечных углеродных труб для создания высокоэффективных пластиков

Еще одно значительное преимущество этой техники было продемонстрировано учеными-материаловедами. На следующем этапе керамические строительные леса растворяли, применяя процедуру химического травления. Остаток представлял собой тонкую трехмерную сеть нанотрубок, где каждая трубка состоит из слоя минутной УНТ. Приняв этот процесс, ученые могли значительно увеличить поверхность войлока, тем самым создавая большие шансы на реакции.

« Мы в основном собираем поверхность всего поля для пляжного волейбола в кубик на один сантиметр », – отметил Шютт.

Затем полимер может быть заполнен внутри больших пустот внутри трехмерной структуры. По сути, УНТ можно механически интегрировать с пластмассами, не изменяя их молекулярную структуру и, следовательно, их характеристики. « Мы можем специально укомплектовать УНТ и изготовить электропроводящий композиционный материал. Для этого требуется лишь часть обычного количества УНТ, чтобы достичь той же проводимости – заявил Шютт

Простая процедура для многочисленных приложений

Эти нанотрубки могут использоваться в батареях и в качестве наполнителя для проводящих пластмасс в фильтровальной технике, в имплантатах для регенеративной медицины, в датчиках и в электронных компонентах в наномасштабе. В будущем более высокая электропроводность износостойкого материала может быть полезна для таких применений, как функциональная одежда, гибкая электроника или медицинские технологии.

« Создание пластика, который, например, стимулирует рост костей или клеток сердца, возможно », – заявил Аделунг. Благодаря своей простой форме исследователи согласны с тем, что эта процедура также может быть принята для сетевых структур, образованных из разрозненных наноматериалов, тем самым еще более увеличивая перспективные применения нанотрубок.

Source link