211service.com
Koolstofnanobuisjes maken tot lange vezels
Een nieuwe methode voor het assembleren van koolstofnanobuisjes is gebruikt om vezels van honderden meters lang te maken. Individuele koolstofnanobuisjes zijn sterk, lichtgewicht en elektrisch geleidend en kunnen waardevol zijn als onder andere elektrische transmissiedraden. Maar het uitlijnen van massa's van de nanobuisjes in goed geordende materialen zoals vezels is een uitdaging gebleken op een schaal die geschikt is voor productie. Door koolstofnanobuisjes te verwerken in een oplossing die een superzuur wordt genoemd, hebben onderzoekers van Rice University lange vezels gemaakt die kunnen worden gebruikt als lichtgewicht, efficiënte draden voor het elektriciteitsnet of als basis voor structurele materialen en geleidend textiel.
Nanobuis vezel: Deze vezel, met een diameter van ongeveer 40 micrometer, bestaat uit koolstofnanobuisjes.
Anderen hebben koolstof-nanobuisvezels gemaakt door de buizen uit massieve haarachtige arrays te trekken of door ze als wol te spinnen als ze uit een chemische reactor komen. Het probleem met beginnen met een vaste stof, zegt Rice professor in de chemische technologie Matteo Pasquali , is dat de uitlijning niet spectaculair is en dat deze methoden moeilijk op te schalen zijn. Hoe beter de individuele nanobuisjes in een grotere structuur zijn uitgelijnd en geordend, hoe beter de elektrische en mechanische eigenschappen van de collectieve structuur. Met behulp van de Rice-methoden kunnen op grote schaal goed uitgelijnde nanobuisvezels worden gemaakt, die uit een mondstuk worden geschoten dat lijkt op een douchekop.
Wijlen Nobel laureaat Richard Smalley startte het Rice-project in 2001. Smalley wist dat oplossingsverwerking een goede manier zou zijn om nanobuisjesvezels en -films samen te stellen vanwege de vorm van nanobuisjes. Koolstofnanobuizen zijn veel langer dan breed, dus als ze zich in een stromende oplossing bevinden, staan ze in een rij als boomstammen die in een rivier drijven. Maar koolstofnanobuisjes zijn niet oplosbaar in conventionele oplosmiddelen. De Rice-groep legde vijf jaar geleden de basis voor vloeibare verwerking van de nanobuisjes, toen ze ontdekten dat zwavelzuur de nanobuisjes in oplossing brengt door hun oppervlak te coaten met positief geladen ionen.
De afgelopen vijf jaar heeft de Rice-groep microscopie gebruikt om nanobuisoplossingen gemaakt in verschillende zuren te bestuderen. Er was geen snel experiment, zegt Pasquali. We moesten heel bewust zijn. We begrijpen nu hoe de oplossingsverwerking werkt, de knoppen om de nanobuisjes te bedienen en hoe te voorspellen wat ze zullen doen. Het beste oplosmiddel voor het verwerken van de buizen, volgens werk dat deze maand in het tijdschrift is gepubliceerd Natuur Nanotechnologie , is chloorsulfonzuur. Nanobuisjes lossen spontaan op in dit zuur in concentraties die 1000 keer groter zijn dan in enig ander oplosmiddel.
De Rice-groep heeft zuurverwerkingsmethoden gebruikt om koolstofnanobuisjes te assembleren tot vezels van 50 micrometer dik en honderden meters lang. Er zijn geen beperkingen aan de vezellengte, zegt Pasquali. De Rice-groep demonstreerde haar assemblagemethode met hoogwaardige enkelwandige koolstofnanobuisjes.
Tot nu toe heeft de groep vezels gemaakt die zeer geleidend zijn, maar niet zo sterk als andere koolstofmaterialen. Pasquali zegt dat de sterkte van de vezels waarschijnlijk vertienvoudigd kan worden door langere koolstofnanobuisjes te gebruiken. We werken nu aan een project voor het maken van elektrische transmissielijnen, zegt Pasquali. Metalen nanobuisjes geleiden elektriciteit beter dan koper, ze zijn lichter en gaan minder vaak kapot.
Een belangrijke hindernis voor de grootschalige productie van koolstofnanobuisjes blijft: vandaag zijn er geen goede methoden om de nanobuisjes zelf in grote, zuivere batches te maken. Om bijvoorbeeld transmissielijnen voor nanobuisjes te maken, zou de Rice-groep moeten beginnen met een grote partij nanobuisjes die allemaal metalen nanobuisjes bevatten en geen halfgeleidende. Vorige maand publiceerden chemici van het Honda Research Institute een paper in Wetenschap het beschrijven van een methode voor het maken van grote hoeveelheden metalen nanobuisjes die volgens Pasquali veelbelovend is. Voor transmissielijnen moet je tonnen maken, en er zijn nu geen methoden om dat te doen, zegt hij. We zijn een wonder verwijderd.