211service.com
Nanorurki zamienione w super włókna
Nanorurki węglowe mają znakomitą wytrzymałość i przewodnictwo, ale w ciągu dwóch dekad od ich odkrycia okazało się, że trudno jest zrobić z nich długie pasma, które mogłyby wykorzystać te właściwości. Teraz naukowcy z Rice University i holenderskiej firmy zajmującej się materiałami Teijin Aramid wytwarzają nitkowate włókna nanorurek, które łączą przewodność elektryczną metali z wytrzymałością kompozytów węglowych, są lekkie, elastyczne i przewodzące ciepło.
Węgiel jasny: Ta 46-gramowa dioda elektroluminescencyjna jest utrzymywana w górze przez dwa włókna nanorurek o grubości 24 mikrometrów. Włókna przenoszą również prąd elektryczny do żarówki.
Teijin Aramid, z siedzibą w Arnhem w Holandii i wiodący producent włókien o wysokiej wytrzymałości, planuje skomercjalizować materiały na bazie nanorurek, prawdopodobnie najpierw w okablowaniu samolotów i satelitów, a ostatecznie w elektronicznych tekstyliach i implantach medycznych odpornych na korozję.
Pojedyncze nanorurki węglowe to jedne z najsilniejszych i najbardziej przewodzących znanych materiałów. Jednak większość prób zbudowania z nich większych materiałów skutkuje splątanym bałaganem, który nie ma żadnej z tych właściwości. Problem polega na tym, że aby wykonać takie materiały, trzeba wyrównać nanorurki.
W 2003 r. naukowcy z Rice University kierowani przez Richard Smalley wyprodukował pierwsze włókna z nanorurek węglowych, przepuszczając płynną zawiesinę nanorurek przez maszynę do przędzenia włókien tego samego typu, której używa się do produkcji komercyjnych włókien polimerowych, takich jak Kevlar i Twaron firmy DuPont, które są wytwarzane przez Teijin Aramid. Powodem było to, że nanorurki przepłyną przez ciecz i ustawią się w jednej linii jak kłody unoszące się na rzece. To ustawienie powinno sprawić, że włókno będzie mocniejsze i bardziej przewodzące. Jednak właściwości tych wczesnych włókien nie były zbyt dobre, mówi Matteo Pasquali , który obecnie kieruje projektem włókien nanorurek w firmie Rice. Podczas gdy inne grupy zajęły się wytwarzaniem arkuszy nanorurek i włókien z suchych materiałów, grupa Rice utknęła przy swojej metodzie.
W tamtym czasie nie działało to zbyt dobrze z nanorurek, ale Pasquali i Smalley wierzyli, że gdyby udało im się ulepszyć proces przędzenia, ostatecznie doprowadziłoby to do włókien o lepszych właściwościach niż metody suche i nadających się do produkcji na dużą skalę, takich jak to zrobiono z polimerami.
Teraz ta decyzja się opłaciła, mówi Pasquali. Współpracując z Teijin Aramid, grupa Rice stworzyła teraz włókna węglowo-nanorurkowe, które mają więcej właściwości poszczególnych nanorurek. Mają przewodność elektryczną zbliżoną do miedzi, ale są znacznie silniejsze. Nie są tak mocne jak konwencjonalne włókna węglowe, ale są znacznie mniej kruche. I są bardziej przewodzące ciepło niż metal czy włókno węglowe. Oznacza to, że włókna nanorurek mogą zastąpić te materiały w istniejących zastosowaniach w lotnictwie i elektronice oraz umożliwić nowe technologie wykorzystujące unikalne połączenie wytrzymałości, elastyczności oraz przewodności cieplnej i elektrycznej włókien. Pasquali przewiduje zmywalne tekstylia elektroniczne, lekkie okablowanie do samolotów i ostatecznie bardziej wydajne przewody do sieci elektrycznej.
Włókna mają grubość około 25 mikrometrów i można je utkać w grubsze nici, aby wytrzymać większe obciążenia lub przenosić większy prąd. Pasquali mówi, że grupa może teraz produkować materiały z nanorurek w sposób ciągły, a wytworzenie kilkuset metrów zajmuje kilka godzin. Ta praca jest opisana w czasopiśmie Nauka .
Marcin Otto, business development manager w Teijin Aramid, mówi, że ponieważ włókna są wytwarzane w procesie przędzenia na mokro, mają lepsze właściwości niż te wykonane z suchych nanorurek. Ale przyznaje, że Teijin Aramid będzie musiał pokazać, że jest w stanie produkować na większą skalę.
Otto mówi, że Teijin Aramid przygląda się teraz różnym potencjalnym rynkom. Jedną z możliwości są lekkie, wielofunkcyjne tekstylia do inteligentnej odzieży, które integrują czujniki medyczne, anteny i inne urządzenia i mogą wytrzymać naprężenia związane z składaniem i są odporne na korozję w pralce. Jednak wczesne zastosowania będą prawdopodobnie dotyczyć rynków takich jak okablowanie elektryczne dla przemysłu lotniczego i obronnego, gdzie każdy gram wagi ma kluczowe znaczenie. Po pierwsze, firma musi wykonać niezbędną inżynierię i testy, aby upewnić się, że włókna można powiększyć, aby stworzyć niezawodny produkt.