Forbedring af de elektriske og mekaniske egenskaber af kulstof-nanorør-baserede fibre

Lyding Group har for nylig udviklet en teknik, der kan bruges til at bygge kulstof-nanorør-baserede fibre ved at skabe kemiske tværbindinger. Teknikken forbedrer de elektriske og mekaniske egenskaber af disse materialer.

Papiret, "Forbedrede elektriske og mekaniske egenskaber af kemisk tværbundne carbon-nanorør-baserede fibre og deres anvendelse i højtydende superkondensatorer, " blev offentliggjort i ACS Nano .

"Carbon nanorør er stærke og er meget gode til at lede varme og elektricitet, " sagde Gang Wang, en postdoc-forsker i Lyding-laboratoriet, som er på Beckman Institute for Advanced Science and Technology ved University of Illinois i Urbana-Champaign. "Derfor, disse materialer har brede anvendelsesmuligheder og kan bruges som stærke fibre, batterier, og transistorer."

Der er mange måder at bygge materialer på, der har kulstof-nanorør-baserede fibre. "Der kan laves flyvinger, for eksempel, ved at indlejre disse fibre i en matrix ved hjælp af epoxy, sagde Joseph Lyding, Robert C. MacClinchie Distinguished Professor of Electrical and Computer Engineering og et Beckman fakultetsmedlem. "Epoxyen fungerer som et bindemiddel og holder matrixen sammen."

Imidlertid, at kombinere rørene til fremstilling af sådanne materialer kan føre til tab af vigtige egenskaber. "Vi fandt på en metode til at bringe meget af den præstation tilbage, Lyding sagde. Metoden er baseret på at forbinde de enkelte kulstofnanorør sammen.

Forskerne spredte bromerede kulbrintemolekyler i nanorørsmatrixen. Når der tilføres varme, bromgrupperne løsnes, og molekylerne binder kovalent til tilstødende nanorør.

"Når du passerer strøm gennem disse materialer, modstanden mod strømmen er højest i de kryds, hvor nanorørene rører hinanden, " sagde Lyding. "Som et resultat, varme genereres ved krydsene, og vi bruger den varme til at forbinde nanorørene sammen."

Behandlingen er en engangsproces. "Når de bånd dannes, modstanden i krydset falder, og materialet køler af. Det er som popcorn, der går af – når det først popper, det er det, " sagde Lyding.

Forskerne stod over for mange udfordringer, da de forsøgte at bygge disse materialer. "Vi er nødt til at finde de rigtige molekyler at bruge og de rette betingelser for at lave disse bindinger, " sagde Wang. "Vi var nødt til at prøve flere gange at finde den rigtige strøm og derefter bruge det resulterende materiale til at bygge andre enheder."

"Dette papir er det første skridt i at lave en ny klasse af materialer. Det er sandsynligt, at den ydeevne, vi ser nu, vil blive bedre, fordi den ikke er blevet udforsket fuldt ud endnu, " sagde Lyding. "Vi er interesserede i at undersøge, hvor stærke vi kan gøre disse materialer, hvordan vi kan forbedre deres elektriske ledningsevne, og om vi kan erstatte kobbertråde med materialer, der er 10 gange lavere i vægt og har samme ydeevne."