Enklere og sikrere å bruke karbon nanorør i polymer nanokompositt

Et forskerteam fra Skoltech, Aalto-universitetet og Kurnakov-instituttet har nylig utviklet en ny, allsidig og enkel tilnærming til bruk av karbon-nanorør for produksjon av karbon-nanorør-polymer-nanokompositter. Metoden er rapportert i Carbon og innebærer å lage briketter — tette pakker med karbon nanorørpulver. Nanokompositter laget med briketter fungerer like godt som de som er laget av de dyrere masterbatchene, som også er polymerspesifikke - det vil si mindre allsidige.

"Vi tror bruken av tette briketter av karbon-nanorør kan lette utviklingen av komposittindustrien for karbon-nanorør betydelig. Denne teknikken er billig og anvendelig for et bredt utvalg av polymermatriser, uten å ofre noen av de elektriske og termiske egenskapene til det endelige materialet," sa hovedforfatteren av studien, Skoltech PhD-student Hassaan Butt.

I løpet av de siste tiårene har karbon nanorør blitt undersøkt intensivt av forskere fra akademia og industrien på grunn av deres unike kombinasjon av elektriske, termiske og mekaniske egenskaper. I mellomtiden har polymerbaserte nanokompositter blitt den største karbon-nanorørapplikasjonen og den som er nærmest utbredt integrering i hverdagen. Det er lett å forstå hvorfor: De minste mengdene av nanorør tilsatt til en polymer gir materialet fundamentalt nye egenskaper, som elektrisk ledningsevne og piezoresistivitet, i tillegg til å forbedre dets termiske og mekaniske egenskaper avgjørende.

Den nylige studien i Carbon begynte som et forsøk på å møte utfordringen med å oppnå tilstrekkelig karbon-nanorørspredning i en vertspolymer for å oppnå optimale komposittegenskaper. For dette formål undersøkte Skoltech-forskere og deres samarbeidspartnere fra Kurnakov Institute metoden for rask utvidelse av superkritisk løsning (RESS) av nanorør, noe som fører til deres deagglomerasjon. Imidlertid ga det ingen forbedringer i de ultimate egenskapene til polymer nanokompositter. Teamet bestemte seg for å utforske implikasjonene av dette fra det motsatte perspektivet.

Medforfatter av studien og en av hovedbidragsyterne, Skoltech PhD-student Ilya Novikov, forklarte: "Etter å ha innsett at rask ekspansjon gir en tidobling i bulktettheten til nanorørene, men ikke forbedrer komposittegenskaper, tenkte vi, hvorfor ikke vi gjør det motsatte og komprimerer pulverene i stedet. Hva om kompresjon ikke svekker materialets ytelse?» Grunnen til at dette ville være spennende, la han til, er at høyere tetthet betyr større bekvemmelighet og færre sikkerhetsrisikoer ved produksjon på grunn av uønsket aerosolisering av nanorør.