Ingeniører forstår nu, hvordan komplekse kulstofnanostrukturer dannes

Kulstofnanorør (CNT'er) er mikroskopiske rørformede strukturer, som ingeniører "dyrker" gennem en proces, der udføres i en højtemperaturovn. De kræfter, der skaber CNT -strukturer kendt som "skove", er ofte uforudsigelige og overlades for det meste til tilfældighederne. Nu, en forsker ved University of Missouri har udviklet en måde at forudsige, hvordan disse komplicerede strukturer dannes. Ved at forstå, hvordan CNT -arrays oprettes, designere og ingeniører kan bedre indarbejde det meget fleksible materiale i enheder og produkter såsom baseballbats, luftfarts ledninger, kamp krops rustning, computerlogiske komponenter og mikrosensorer, der bruges i biomedicinske applikationer.

CNT'er er meget mindre end bredden på et menneskehår og danner naturligt "skove", når de skabes i stort antal (se foto). Disse skove, holdt sammen af ​​en nanoskala klæbende kraft kendt som van der Waals kraft, er kategoriseret ud fra deres stivhed eller hvordan de er justeret. For eksempel, hvis CNT'er er tætte og godt justeret, materialet har en tendens til at være mere stift og kan være nyttigt til elektriske og mekaniske applikationer. Hvis CNT er uorganiseret, de har en tendens til at være blødere og har helt forskellige sæt egenskaber.

"Forskere lærer stadig, hvordan carbon nanorørarrays dannes, "sagde Matt Maschmann, adjunkt i maskin- og rumfartsteknik i Ingeniørhøjskolen på MU. "Når de vokser i relativt tætte befolkninger, mekaniske kræfter kombinerer dem til lodret orienterede samlinger kendt som skove eller arrays. De komplekse strukturer, de danner, hjælper med at diktere de egenskaber, CNT -skovene besidder. Vi arbejder på at identificere mekanismerne bag, hvordan disse skove dannes, hvordan man styrer deres dannelse og dermed dikterer fremtidige anvendelser for CNT. "

I øjeblikket, de fleste modeller, der undersøger CNT -skove, analyserer, hvad der sker, når du komprimerer dem eller tester deres termiske eller konduktive egenskaber, efter at de er dannet. Imidlertid, disse modeller tager ikke hensyn til den proces, hvormed den pågældende skov blev skabt, og kæmper for at fange realistisk CNT -skovstruktur.

Eksperimenter udført i Maschmanns laboratorium vil hjælpe forskere med at forstå processen og i sidste ende hjælpe med at kontrollere den, tillader ingeniører at oprette nanorørskove med ønsket mekanisk, termiske og elektriske egenskaber. Han bruger modellering til at kortlægge, hvordan nanorør vokser ind i bestemte typer skove, inden han forsøger at teste deres resulterende egenskaber.

"Fordelen ved denne tilgang er, at vi kan kortlægge, hvordan forskellige synteseparametre, såsom temperatur og katalysatorpartikelstørrelse, påvirke, hvordan nanorør dannes, samtidig med at de resulterende CNT -skove testes for, hvordan de vil opføre sig i en omfattende simulering, "Maschmann sagde." Jeg er meget opmuntret til, at modellen med succes forudsiger, hvordan de dannes og deres mekaniske adfærd. At vide, hvordan nanorør er organiseret og opfører sig, vil hjælpe ingeniører med bedre at integrere CNT i praktisk, daglige applikationer. "

"Integreret simulering af aktiv kulstof nanorør skovvækst og mekanisk komprimering, "Vil blive offentliggjort i den kommende udgave af tidsskriftet, Kulstof .