211service.com
Przetwarzanie nanorurek węglowych na długie włókna
Nowa metoda montażu nanorurek węglowych została wykorzystana do stworzenia włókien o długości setek metrów. Poszczególne nanorurki węglowe są mocne, lekkie i przewodzące prąd elektryczny i mogą być cenne między innymi jako przewody do przesyłu energii elektrycznej. Jednak dopasowanie mas nanorurek do dobrze uporządkowanych materiałów, takich jak włókna, okazało się wyzwaniem w skali odpowiedniej do produkcji. Przetwarzając nanorurki węglowe w roztworze zwanym superkwasem, naukowcy z Rice University stworzyli długie włókna, które mogą być używane jako lekkie, wydajne przewody do sieci elektrycznej lub jako podstawa materiałów konstrukcyjnych i przewodzących tekstyliów.
Włókno nanorurek: To włókno o średnicy około 40 mikrometrów składa się z nanorurek węglowych.
Inni wytwarzali włókna węglowo-nanorurkowe, wyciągając rurki z masywnych, przypominających włosie szyki lub wirując je jak wełna, gdy wychodzą z reaktora chemicznego. Problem z zaczynaniem od ciała stałego, mówi profesor inżynierii chemicznej Rice Matteo Pasquali jest to, że wyrównanie nie jest spektakularne, a te metody są trudne do skalowania. Im lepiej dopasowane i uporządkowane poszczególne nanorurki w większej strukturze, tym lepsze właściwości elektryczne i mechaniczne struktury zbiorczej. Metodą Rice można wytwarzać na dużą skalę dobrze ułożone włókna nanorurek, wystrzeliwane z dyszy podobnej do głowicy prysznicowej.
Późno laureat Nagrody Nobla Richard Smalley rozpoczął projekt Rice w 2001 roku. Smalley wiedział, że przetwarzanie roztworu będzie dobrym sposobem na łączenie włókien i folii nanorurek ze względu na kształt nanorurek. Nanorurki węglowe są znacznie dłuższe niż szerokie, więc gdy znajdują się w płynącym roztworze, układają się jak kłody spływające w dół rzeki. Ale nanorurki węglowe nie są rozpuszczalne w konwencjonalnych rozpuszczalnikach. Grupa Rice położyła podwaliny pod przetwarzanie nanorurek w płynie pięć lat temu, kiedy odkryli, że kwas siarkowy wprowadza nanorurki do roztworu poprzez powlekanie ich powierzchni dodatnio naładowanymi jonami.
Przez ostatnie pięć lat grupa Rice wykorzystywała mikroskopię do badania roztworów nanorurek wykonanych w kilku różnych kwasach. Nie było szybkiego eksperymentu, mówi Pasquali. Musieliśmy być bardzo rozważni. Rozumiemy teraz, jak działa przetwarzanie roztworu, pokrętła do sterowania nanorurek i jak przewidzieć, co zrobią. Najlepszy rozpuszczalnik do obróbki rur, według prac opublikowanych w tym miesiącu w czasopiśmie Natura Nanotechnologia , jest kwasem chlorosulfonowym. Nanorurki spontanicznie rozpuszczają się w tym kwasie w stężeniach 1000 razy większych niż w jakimkolwiek innym rozpuszczalniku.
Grupa Rice zastosowała metody przetwarzania kwasu, aby złożyć nanorurki węglowe we włókna o grubości 50 mikrometrów i długości setek metrów. Nie ma ograniczeń co do długości włókien, mówi Pasquali. Grupa Rice zademonstrowała swoją metodę montażu za pomocą wysokiej jakości jednościennych nanorurek węglowych.
Do tej pory grupa produkowała włókna, które są wysoce przewodzące, ale nie tak mocne jak inne materiały węglowe. Pasquali mówi, że wytrzymałość włókien można prawdopodobnie zwiększyć dziesięciokrotnie, stosując dłuższe nanorurki węglowe. Obecnie pracujemy nad projektem budowy elektrycznych linii przesyłowych – mówi Pasquali. Metaliczne nanorurki przewodzą elektryczność lepiej niż miedź, są lżejsze i rzadziej zawodzą.
Pozostaje jedna ważna przeszkoda w produkcji nanorurek węglowych na dużą skalę: obecnie nie ma dobrych metod wytwarzania samych nanorurek w dużych, czystych partiach. Na przykład, aby stworzyć linie przesyłowe z nanorurek, grupa Rice musiałaby zacząć od dużej partii nanorurek zawierających wszystkie nanorurki metaliczne, a nie półprzewodnikowych. W zeszłym miesiącu chemicy z Instytutu Badawczego Hondy opublikowali artykuł w: Nauka Opisanie metody wytwarzania dużych ilości metalicznych nanorurek, która według Pasquali jest obiecująca. W przypadku linii przesyłowych trzeba zrobić tony, a teraz nie ma na to żadnych metod, mówi. Jesteśmy o jeden cud.