Nemmere og sikrere at bruge kulstof nanorør i polymer nanokomposit

Et forskerhold fra Skoltech, Aalto University og Kurnakov Instituttet har for nylig udviklet en ny, alsidig og enkel tilgang til at bruge kulstofnanorør til fremstilling af nanokompositter af kulstofnanorør og polymerer. Metoden er rapporteret i Carbon og involverer fremstilling af briketter - tætte pakker af kulstof nanorørpulver. Nanokompositter lavet med briketter klarer sig lige så godt som dem der er lavet af de dyrere masterbatches, som også er polymerspecifikke - det vil sige mindre alsidige.

"Vi mener, at brugen af ​​tætte briketter af kulstofnanorør kan lette udviklingen af ​​kulstofnanorørs-kompositindustrien betydeligt. Denne teknik er billig og anvendelig til en bred vifte af polymermatricer uden at ofre nogen af ​​de elektriske og termiske egenskaber af det endelige materiale," sagde hovedforfatteren af ​​undersøgelsen, Skoltech PhD-studerende Hassaan Butt.

I de sidste årtier er kulstof nanorør blevet intensivt undersøgt af forskere fra den akademiske verden og industrien på grund af deres unikke kombination af elektriske, termiske og mekaniske egenskaber. I mellemtiden er polymerbaserede nanokompositter blevet den største carbon nanorør-applikation og den, der er tættest på udbredt integration i hverdagen. Det er let at forstå hvorfor: De mindste mængder af nanorør tilføjet til en polymer giver materialet fundamentalt nye egenskaber, såsom elektrisk ledningsevne og piezoresistivitet, såvel som en afgørende forbedring af dets termiske og mekaniske egenskaber.

Den nylige undersøgelse i Carbon begyndte som et forsøg på at løse udfordringen med at opnå tilstrækkelig kulstofnanorørspredning i en værtspolymer for at opnå optimale kompositegenskaber. Til dette formål undersøgte Skoltech-forskere og deres samarbejdspartnere fra Kurnakov Instituttet metoden til hurtig udvidelse af superkritisk opløsning (RESS) af nanorør, hvilket fører til deres deagglomerering. Det gav dog ingen forbedringer i de ultimative egenskaber af polymer nanokompositter. Holdet besluttede at undersøge konsekvenserne af dette fra det modsatte perspektiv.

Studiets medforfatter og en af ​​hovedbidragyderne, Skoltech ph.d.-studerende Ilya Novikov, forklarede: "Efter at have indset, at hurtig ekspansion producerer et tidobbelt fald i bulkdensiteten af ​​nanorørene, men ikke forbedrer sammensatte egenskaber, tænkte vi, hvorfor ikke vi gør det modsatte og komprimerer pulverne i stedet for. Hvad hvis kompression ikke forringer materialets ydeevne?” Grunden til, at dette ville være spændende, tilføjede han, er, at højere tæthed betyder større bekvemmelighed og færre sikkerhedsrisici ved fremstillingen på grund af uønsket aerosolisering af nanorør.