Hvorfor diamant nanotråd kunne vise sig at være uvurderlig til fremstilling

Ville du klæde dig i diamant nanotråde? Det er ikke så langt ude, som du måske tror. Og du vil have en Brisbane-baseret kulstofkemiker og ingeniør at takke for det.

QUT's Dr Haifei Zhan leder en global indsats for at finde ud af, hvor mange måder menneskeheden kan bruge et nyopfundet materiale med et enormt potentiale på - diamant nanotråd (DNT).

Først oprettet af Pennsylvania State University sidste år, en-dimensionel DNT ligner kulstof nanorør, hule cylindriske rør 10, 000 gange mindre end menneskehår, stærkere end stål – men skørt.

"DNT, til sammenligning, er endnu tyndere, inkorporerer kinks af brint i kulstoffets hule struktur, kaldet Stone-Wale (SW) transformationsdefekter, som jeg har opdaget reducerer skørhed og tilføjer fleksibilitet, " sagde Dr Zhan, fra QUT's School of Chemistry, Fysik og maskinteknik.

"Den struktur gør DNT til en god kandidat til en række anvendelser. Det er muligt, at DNT kan blive lige så allestedsnærværende en plastik i fremtiden, bruges i alt fra tøj til biler.

"Jeg føler mig meget heldig at have denne chance for at studere et nyt materiale i dybden - blå himmel anvendte forskningsmuligheder som dette er sjældne."

DNT ligner ikke en stendiamant. Hellere, dens navn henviser til den måde, kulstofatomerne er pakket sammen på, ligner diamant, giver den sin fænomenale styrke.

Dr. Zhan har modelleret egenskaberne af DNT, siden det blev opfundet, ved hjælp af simuleringer af molekylær dynamik i stor skala og højtydende databehandling.

Han var den første til at indse, at SW-defekterne var nøglen til DNT's alsidighed.

"Mens både kulstofnanorør og DNT har et stort potentiale, jo mere jeg modellerer DNT-egenskaber, jo mere det ser ud til at være et overlegent materiale, " sagde Dr Zhan.

"SW-defekterne giver DNT en fleksibilitet, som stive kulstofnanorør ikke kan kopiere - tænk på det som forskellen mellem at sy med ukogt spaghetti og kogt spaghetti.

"Mine simuleringer har vist, at SW-defekterne virker som hængsler, forbinder lige dele af DNT. Og ved at ændre afstanden mellem disse defekter, vi kan ændre – eller justere – fleksibiliteten i DNT."

Denne forskning er publiceret i den peer-reviewede publikation Nanoskala .

Dr. Zhan har også publiceret en række andre resultater fra hans DNT-modelleringsforskning:

• Den termiske ledningsevne af DNT kan indstilles ved at ændre afstanden mellem SW-defekterne ( Kulstof ).
• SW-defekter skaber uregelmæssige overflader på DNT, gør det muligt at binde godt med polymerer. DNT kunne derfor bruges som forstærkning til nanokompositmaterialer ( Avancerede funktionsmaterialer ).
• De mekaniske egenskaber af DNT varierer betydeligt afhængigt af dets nøjagtige atomare struktur, herunder trækadfærd. Temperaturen påvirker også de mekaniske egenskaber. Mens DNT sandsynligvis opfører sig som en fleksibel elastisk stang, de mekaniske egenskaber kan skræddersyes til specifikke formål ( Kulstof ).

"Yderligere modellering er nødvendig for fuldt ud at undersøge alle egenskaberne ved DNT. Men, Jeg er begejstret for den potentielle række af applikationer, den kan bruges til, da vi har bevist, at vi kan kontrollere dens fleksibilitet, ledningsevne og styrke, " sagde Dr Zhang.

"Carbon er det mest udbredte grundstof på planeten. Det er en vedvarende ressource, så prisen på råmaterialet er ekstremt lav.

"Når produktionsomkostningerne er levedygtige, DNT vil sandsynligvis blive brugt primært i mekaniske applikationer, kombineret med andre materialer for at gøre ultrastærk, letvægtskompositter og komponenter – såsom flykroppe.

"Jeg planlægger at teste, hvordan DNT fungerer som en todimensionel netværksstruktur – et ark eller et lag – til potentiel brug i fleksibel elektronik og skærme.

"Jeg vil også teste, om levedygtigheden er som en fiber til tekstiler eller reb, fra skudsikre veste og slidstærkt arbejdsudstyr til en erstatning for stålkabler i brobyggeri.

"Der er allerede tale i det globale kulstoffællesskab om, at DNT er den bedste kandidat til at bygge en rumelevator. Det ville være en rigtig ære, hvis min forskning bidrog til udviklingen af ​​DNT'er til det formål."