Ingeniører udvikler sig hurtigt, ensartet spredningsmetode for kulstofnanorør i opløsninger og faste stoffer

(PhysOrg.com) -- At udnytte kraften i kulstofnanorør kan blive betydeligt lettere, takket være et forskud fra ingeniører fra University of South Carolina og University of Georgia.

Et team ledet af Xiaodong Li, en professor ved College of Engineering and Computing ved USC, rapporterede et gennembrud i håndteringen af ​​nanorør i 14. februar -udgaven af Avancerede materialer . De kombinerede to metoder, hydrogenpassivering og ultralydbehandling, at generere bemærkelsesværdigt ensartede dispersioner af flervæggede kulstofnanorør.

"I applikationer som lette og energieffektive kompositter, elektroniske og optoelektroniske enheder, energi høst, energiomdannelse, og energilagringssystemer, kulstof nanorør har vist overlegen ydeevne, " sagde Li, "men desværre var det altid en stor barriere i applikationer at sprede dem. Denne nye teknik er billig, let at bruge, og miljøvenlig - den bør hurtigt tilpasses på en lang række områder."

Carbon nanorør har mange ønskværdige egenskaber, lige fra fremragende mekanisk styrke til usædvanlig elektrisk adfærd. Ved at inkorporere dem i materialer, selv i små doser ' forskere kan dramatisk forbedre et materiales anvendelighed.

Men at arbejde med kulstof nanorør, som er stærkt hydrofobe, kan være svært. I mange opløsningsmidler og polymerer, deres uopløselighed og tendens til at klumpe sammen er en stor hindring for at få ensartede belægninger på overflader eller fordelinger i faste stoffer eller geler.

Ultralydbehandling har længe været brugt til at forsøge at sprede kulstofnanorør i opløsningsmidler, men dens succes er langsom, middel, og alt for ofte vendt, når lydbehandlingen stopper.

Li's team kombinerede ultralydsbehandling med en samtidig strøm af hydrogengas, producerer fuldt spredte multi-walled carbon nanorør i ethanol på bare 2 timer. Den ensartede spredning, som er tydeligt selv med det blotte øje, var karakteriseret ved scanning og transmissionselektronmikroskopi.

De fremstillede derefter en nanorør-epoxy-komposit med metoden og undersøgte dens mekaniske egenskaber. Elasticitetsmodulet for nanokompositten (med 1 % nanorør efter vægt) fremstillet med hydrogenpassivering steg næsten 100 % sammenlignet med den rene epoxy, der henviser til, at der i mangel af hydrogenpassivering tidligere blev rapporteret en stigning på mindre end 40%.

Ingeniørerne begrunder, at energi fra ultralydsbehandling driver brydningen af ​​C-C-bindinger i nanorørene, som derefter reagerer med hydrogenet for at skabe CH-bindinger. Røntgenfotoelektronspektroskopi bekræfter tilføjelsen af ​​CH-bindinger.

Denne form for modifikation er særlig nyttig, tilføjede Li, fordi det absorberede brint let fjernes fra de flervæggede kulstofnanorør ved opvarmning. "De konventionelle teknikker-fluor, alkan, eller ionisk modifikation, for eksempel - indføre urenheder i matrixmaterialer, " han sagde.