Nye teknikker strækker kulstof nanorør, lave stærkere kompositter

(Phys.org) —Forskere fra North Carolina State University har udviklet nye teknikker til at strække kulstofnanorør (CNT) og bruge dem til at skabe kulstofkompositter, der kan bruges som stærkere, lettere materialer i alt fra fly til cykler.

Ved at strække CNT -materialet, inden det inkorporeres i en komposit til brug i færdige produkter, forskerne retter CNT'erne i materialet, hvilket forbedrer dets trækstyrke markant - og forbedrer stivheden i kompositmaterialet og dets elektriske og termiske ledningsevne.

Topmoderne kulfiberkompositter bruges i øjeblikket til at bygge fly og andre produkter, hvor stærke, lette materialer er ønskelige. Lettere fly, for eksempel, er mere brændstofeffektive. Imidlertid, forskere har længe tænkt, at hvis disse kompositter kunne laves med CNT, kunne de være lige så stærke, men 10 gange lettere. Eller de kan have samme vægt, men 10 gange stærkere.

Oprettelse af en stærk CNT -komposit kræver fire funktioner. Først, det har brug for lange CNT'er, som er mere effektive til at bære last. Sekund, CNT'erne skal justeres i rækker. Tredje, CNT'erne i materialet holdes sammen af ​​en polymer eller harpiks, og du skal have et højt forhold mellem CNT'er og polymer i det færdige kompositmateriale. Fjerde, du har brug for, at CNT'erne er så lige som muligt, så materialet vejer jævnt.

I årtier, forskere har ikke været i stand til at nå disse mål. Men nu et forskerhold, ledet af Dr. Yuntian Zhu, professor i materialevidenskab og teknik ved NC State, har udviklet en løsning.

"Den nye teknik begynder med et CNT -array, "Zhu siger, "der ligner en skov af CNT'er, der vokser op fra et fladt underlag." Fordi størrelsesforholdet mellem disse CNT'er er højt, de er lange og tynde - ikke stive. Det betyder, at CNT'erne læner sig mod hinanden i arrayet. "Ved at gribe CNT'erne i den ene ende af arrayet, vi er i stand til at trække dem over på deres sider - og alle de andre CNT'er i arrayet vælter i samme retning, "Siger Zhu. Dette resulterer i CNT'er med god tilpasning.

Disse justerede CNT'er vikles derefter på en roterende spole og sprøjtes med en polymeropløsning for at binde CNT'erne sammen. Dette skaber et båndlignende kompositmateriale, der har en høj procentdel af CNT i volumen, som igen kan bruges til at lave CNT -sammensatte strukturer til brug i færdige produkter som fly og cykler. Men det adresserer ikke behovet for at rette CNT'erne.

For at rette CNT'erne op, Zhu og hans team strakte CNT'erne, da nanorørene trækkes på den roterende spole. Denne proces forbedrer trækstyrken af ​​CNT -sammensatte "bånd" med cirka 90 procent (til et gennemsnit på 3,5 gigapascal) og stivhed med mere end 100 procent. Ved at rette CNT'erne op, forskerne var også i stand til næsten at tredoble CNT -kompositens varmeledningsevne, til 40 watt pr. meter pr. kelvin. Elektrisk ledningsevne blev øget med 50 procent til 1, 230 siemens pr. Meter.

Papiret om at strække CNT'erne for at rette dem op, "Ultrasterkt, Stive og multifunktionelle film, der er samlet fra superjusterede carbon -nanorør, "udgives online i tidsskriftets indledende nummer Materialeforskningsbreve .