Team laver korte nanorørprøver i hånden for dramatisk at reducere produktionstiden

Udtrykkene "håndlavet" og "højteknologisk" findes ikke almindeligt i den samme sætning, men de anvender begge en Rice University-metode til hurtigt at producere fibre fra kulstof-nanorør.

Metoden udviklet af Rice lab af kemiker Matteo Pasquali giver forskere mulighed for at lave korte længder af stærke, ledende fibre fra små prøver af bulk nanorør på omkring en time.

Værket supplerer Pasqualis banebrydende 2013-metode til at spinde fulde spoler af trådlignende nanorørfibre til rumfart, bilindustrien, medicinske og smart-tøj applikationer. Fibrene ligner bomuldstråd, men fungerer som metaltråde og kulfibre.

Det kan tage gram materiale og ugers indsats at optimere processen med at spinde kontinuerlige fibre, men den nye metode skærer det ned til størrelse, selvom det kræver lidt praktisk behandling.

Pasquali og hovedforfatter og kandidatstuderende Robby Headrick rapporterede i Avancerede materialer at det er ret simpelt at justere og sno de hårlignende fibre.

Først, Headrick laver film. Efter at have opløst en lille mængde nanorør i syre, han placerer opløsningen mellem to glasglas. At flytte dem hurtigt forbi hinanden anvender forskydningskraft, der får milliarder af nanorør i løsningen til at stille op. Når de resulterende film er aflejret på glasset, han skræller sektioner af og ruller dem sammen til fibre.

"Filmen er i en geltilstand, når jeg skræller den, hvilket er vigtigt for at få en fuldt fortættet fiber, " sagde Headrick. "Du vrider den, når den er våd i hele tværsnittet af strukturen, og når du tørrer det, kapillærtrykket fortætter det."

Headrick var utilfreds med reproducerbarheden af ​​hans første eksperimenter og diskuterede proceduren med sin far, Robert, en amatør træarbejder. Den ældste Headrick kom hurtigt med en simpel anordning til at støtte slæderne og styre klipningsprocessen.

De tørrede nanorørfibre er omkring 7 centimeter lange; den elektriske ydeevne svarer til lange fibre skabt ved den originale spindemetode, men endnu mere tæt med en trækstyrke på op til 3,5 gigapascal (GPa), bedre end spundne fibre. Forskerne forventer, at nanorør 50, 000 til 70, 000 gange længere end de er brede vil producere fibre på 35 til 40 GPa, om styrken af ​​et individuelt kulstofnanorør.

"Vi kan behandle alle slags nanorør på nøjagtig samme måde, så vi får optimale fiberstrukturer og egenskaber, " sagde Headrick. "Det fremskynder tingene og giver os mulighed for at udforske nanorør, der kun er tilgængelige i små mængder."

Pasquali sagde, at processen gengiver den høje nanorørsjustering og høje pakningstæthed, der er typisk for fibre produceret via spinding, men i en størrelse, der er tilstrækkelig til styrke- og ledningsevnetest.

"Vi bruger nu dette som en hurtig laboratorietest til at vurdere nye materialer og til at skabe målegenskaber for storskalametoden, " sagde Pasquali. "Vi ved på forhånd, hvad materialet kan levere, hvorimod før, vi kunne kun udlede det. Dette kan især være vigtigt for producenter af kulstof nanorør, der ønsker at ændre deres reaktorforhold for at give dem hurtig feedback eller for kvalitetskontrol, samt til at teste prøver, der er blevet sorteret efter metallisk kontra halvledertype eller endda helicitet."