Ευκολότερο και ασφαλέστερο στη χρήση νανοσωλήνων άνθρακα σε νανοσύνθετο πολυμερές

Μια ερευνητική ομάδα από το Skoltech, το Πανεπιστήμιο Aalto και το Ινστιτούτο Kurnakov ανέπτυξε πρόσφατα μια νέα, ευέλικτη και απλή προσέγγιση για τη χρήση νανοσωλήνων άνθρακα για την κατασκευή νανοσύνθετων νανοσωλήνων άνθρακα-πολυμερούς. Η μέθοδος αναφέρεται στο Carbon και περιλαμβάνει την κατασκευή μπρικέτες — πυκνές συσκευασίες σκόνης νανοσωλήνων άνθρακα. Τα νανοσύνθετα που κατασκευάζονται με μπρικέτες αποδίδουν εξίσου καλά με εκείνα που κατασκευάζονται από τις πιο ακριβές κύριες παρτίδες, οι οποίες είναι επίσης ειδικά για τα πολυμερή — δηλαδή λιγότερο ευέλικτα.

«Πιστεύουμε ότι η χρήση πυκνών μπρικετών νανοσωλήνων άνθρακα μπορεί να διευκολύνει σημαντικά την ανάπτυξη της βιομηχανίας σύνθετων νανοσωλήνων άνθρακα. Αυτή η τεχνική είναι φθηνή και εφαρμόσιμη σε μια ευρεία ποικιλία πολυμερών μητρών, χωρίς να θυσιάζει καμία από τις ηλεκτρικές και θερμικές ιδιότητες του τελικού υλικού», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, φοιτητής διδάκτορας Skoltech, Hassaan Butt.

Τις τελευταίες δεκαετίες, οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν ερευνηθεί εντατικά από ερευνητές από τον ακαδημαϊκό χώρο και τη βιομηχανία λόγω του μοναδικού συνδυασμού ηλεκτρικών, θερμικών και μηχανικών ιδιοτήτων τους. Εν τω μεταξύ, τα νανοσύνθετα με βάση πολυμερή έχουν καταλήξει να είναι η μεγαλύτερη εφαρμογή νανοσωλήνων άνθρακα και η πιο κοντά στην ευρεία ενσωμάτωση στην καθημερινή ζωή. Είναι εύκολο να καταλάβουμε γιατί: Οι μικρότερες ποσότητες νανοσωλήνων που προστίθενται σε ένα πολυμερές προσδίδουν στο υλικό θεμελιωδώς νέες ιδιότητες, όπως ηλεκτρική αγωγιμότητα και πιεζοαντιστατικότητα, καθώς και ενισχύοντας σημαντικά τις θερμικές και μηχανικές του ιδιότητες.

Η πρόσφατη μελέτη στο Carbon ξεκίνησε ως μια προσπάθεια αντιμετώπισης της πρόκλησης της επίτευξης επαρκούς διασποράς νανοσωλήνων άνθρακα μέσα σε ένα πολυμερές ξενιστή για την επίτευξη βέλτιστων σύνθετων ιδιοτήτων. Για το σκοπό αυτό, οι ερευνητές της Skoltech και οι συνεργάτες τους από το Ινστιτούτο Kurnakov ερεύνησαν τη μέθοδο ταχείας επέκτασης υπερκρίσιμου διαλύματος (RESS) νανοσωλήνων, που οδηγεί στην αποσυσσωμάτωση τους. Ωστόσο, δεν έφερε καμία βελτίωση στις τελικές ιδιότητες των νανοσύνθετων πολυμερών. Η ομάδα αποφάσισε να διερευνήσει τις συνέπειες αυτού από την αντίθετη οπτική γωνία.

Ο συν-συγγραφέας της μελέτης και ένας από τους κύριους συντελεστές, ο φοιτητής διδάκτορα Skoltech Ilya Novikov, εξήγησε: «Έχοντας συνειδητοποιήσει ότι η ταχεία διαστολή προκαλεί μια δεκαπλάσια μείωση της πυκνότητας όγκου των νανοσωλήνων, αλλά δεν βελτιώνει τις ιδιότητες των σύνθετων υλικών, σκεφτήκαμε, γιατί όχι κάνουμε το αντίθετο και αντ' αυτού συμπιέζουμε τις πούδρες. Τι γίνεται αν η συμπίεση δεν βλάπτει την απόδοση του υλικού;». Ο λόγος που αυτό θα ήταν συναρπαστικό, πρόσθεσε, είναι ότι η υψηλότερη πυκνότητα σημαίνει μεγαλύτερη ευκολία και λιγότερους κινδύνους για την ασφάλεια στην κατασκευή λόγω της ανεπιθύμητης αεροζόλ νανοσωλήνων.