Новый композитный материал из углеродных нанотрубок
22.11.2017
Благодаря своим уникальным свойствам, углеродные нанотрубки были бы идеальны для широкого спектра применений, но, на сегодняшний день, они не могут сочетаться с другими материалами, так как при этом теряются их ценные характеристики. Ученые разработали новый метод комбинирования, при котором углеродные нанотрубки сохраняют свои характерные свойства.
Фото: Фабиан Шютт (Fabian Schütt, руководитель исследовательской группы)
Чрезвычайно легкие, обладающие высокой электропроводностью и более прочные, чем сталь: благодаря своим уникальным свойствам углеродные нанотрубки идеально подходят для многочисленных применений: от ультралегких батарей до высокопроизводительных пластмасс для медицинских имплантатов. Однако, до настоящего времени, науке и промышленности было сложно перенести экстраординарные характеристики этого материала в функциональное промышленное применение. Углеродные нанотрубки либо не могут сочетаться с другими материалами, либо, если их можно комбинировать, они теряют свои уникальные свойства. Ученые из рабочей группы функциональных наноматериалов в Кильском университете (CAU) и в Университете Тренто разработали альтернативный метод, с помощью которого крошечные трубки можно комбинировать с другими материалами без потери характеристик. Результаты исследований были опубликованы в журнале «Nature Communications».
Подход исследовательской группы из Киля и Тренто основан на простом процессе влажной химической инфильтрации. Нанотрубки смешивают с водой и заливают в пористый керамический материал из оксида цинка, который поглощает жидкость, как губка. Капельно-нитевидные углеродные нанотрубки прикрепляются к керамическим лесам и автоматически образуют устойчивый слой, похожий на войлок. Прочность керамического каркаса увеличивается настолько существенно, что он может выдерживать нагрузку в 100 000 раз больше собственного веса. Например, с графеновой пропиткой, керамический материал может нести нагрузку около 7, 5 кг, а без него – всего лишь 50 г.
Исследователи смогли продемонстрировать еще одно важное преимущество своего процесса. На второй стадии они растворяли керамические «строительные леса» с использованием процесса химического травления. Остается только тонкая трехмерная сеть трубок, благодаря чему «поверхность войлока» значительно увеличивается, предоставляя больше возможностей для взаимодействия с другими материалами. Затем пустоты внутри трехмерной структуры могут быть заполнены полимером. Таким образом, углеродные нанотрубки могут быть механически соединены с пластмассами без изменения их молекулярной структуры и, следовательно, их свойств.