Lille transformation giver store ændringer

Et tværfagligt team af forskere under ledelse af Northeastern University har udviklet en ny metode til kontrollerbart at konstruere præcise inter-nanorørkryds og en række forskellige nanocarbonstrukturer i carbon nanorørarrays. Metoden, siger forskerne, er let og let skalerbar, hvilket gør det muligt for dem at skræddersy nanorørnetværks fysiske egenskaber til brug i applikationer lige fra elektroniske enheder til CNT-forstærkede kompositmaterialer, der findes i alt fra biler til sportsudstyr.

Deres resultater blev offentliggjort mandag i tidsskriftet Naturkommunikation . Papiret-med titlen "Sculpting carbon obligations for allotropic transformation through solid-state re-engineering of –sp2 carbon"-blev medforfatter af postdocs, studerende, og førende CNT -forskere fra Northeastern University, Massachusetts Institute of Technology, og Korea Advanced Institute of Science and Technology, hvis ekspertise strækker sig fra fysik og maskinteknik til materialevidenskab og elektroteknik.

Chefarkitekten for teamets nye metode til ombygning af kulstofobligationer var Hyunyoung Jung, papirets hovedforfatter og en postdoktor i laboratoriet af medforfatter Yung Joon Jung, en nano-fremstillingsekspert og en lektor i maskin- og industriteknik.

Hyunyoung fandt ud af, at anvendelse af kontrolleret, vekselstrømspulser på tværs af enkeltvæggede carbon-nanorørnet forvandlede dem til enkeltvæggede CNT'er med større diameter; multi-walled CNT'er af forskellige morfologier; eller flerlags grafen-nanoriboner.

Den nye genopbygningsmetode - i modsætning til tidligere forsøg på at smelte nanorør - undgår hårde kemikalier og ekstremt høje temperaturer, hvilket gør solid state engineering-teknikken i høj grad bidrager til skalerbarhed. Hvad mere er, den nye metode producerer molekylære kryds, hvis elektriske og termiske ledningsevne er langt bedre end det krydsfrie samlede CNT-netværk.

Deres robuste fysiske egenskaber, siger forskerne, gør disse inter-nanorørskryds perfekt til forstærkning af kompositmaterialer, der kræver mekanisk sejhed, herunder tennisketsjere, golfklubber, biler, og endda fly, hvor kulfiber i øjeblikket bruges. "Brug af disse materialer til mekaniske komponenter kan lette biler eller andre mekaniske strukturer uden at ofre styrke, "Forklarede Yung Joon.

Forskerne beskrev nytten af ​​deres banebrydende arbejde ved hjælp af en metafor, hvor kulstofnanorør var murstenssten. Stil en væg ved at stable enkelte mursten oven på hinanden, de sagde, og se væggen falde ned. Men byg en mur ved at placere cement mellem murstenene og beundre den ukuelige styrke hos de større, enkelt enhed.

"Vi har udfyldt hullerne med cement, "sagde medforfatter Swastik Kar, en adjunkt i fysik på Northeastern, i overensstemmelse med metaforen. "Vi startede med enkeltvæggede carbon nanorør, " han tilføjede, "og brugte derefter denne banebrydende metode til at bringe dem sammen."

Udover Kar, Hyunyoung, og Yung Joon, papirets nordøstlige medforfattere omfattede Younglae ​​Kim, en tidligere kandidatstuderende, og Sanghyung Hong, en doktorand i Yung Joon Jungs laboratorium. "Professor Kar's og vores grupper har haft et meget stærkt samarbejde i mange år, "Yung Joon sagde." Denne forskning samler eksperter fra en række discipliner for ikke blot at producere et papir med stor indvirkning, men også for at generere intellektuel ejendomsret. "