Łatwiejsze i bezpieczniejsze w użyciu nanorurki węglowe w nanokompozycie polimerowym

Zespół badawczy ze Skoltech, Uniwersytetu Aalto i Instytutu Kurnakowa opracował niedawno nowe, wszechstronne i proste podejście do wykorzystania nanorurek węglowych do produkcji nanokompozytów nanorurka węglowa-polimer. Metoda opisana w Carbonie polega na wytwarzaniu brykietów – gęstych pakietów proszków nanorurek węglowych. Nanokompozyty wykonane z brykietów sprawdzają się równie dobrze, jak te wykonane z droższych koncentratów, które są również specyficzne dla polimerów, czyli mniej uniwersalne.

„Wierzymy, że zastosowanie gęstych brykietów nanorurek węglowych może znacząco ułatwić rozwój przemysłu kompozytowego nanorurek węglowych. Technika ta jest tania i można ją zastosować do szerokiej gamy matryc polimerowych, nie tracąc przy tym żadnych właściwości elektrycznych i termicznych materiału końcowego” – stwierdził główny autor badania, doktorant Skoltech Hassaan Butt.

W ostatnich dziesięcioleciach nanorurki węglowe były intensywnie badane przez naukowców ze środowiska akademickiego i przemysłu ze względu na ich unikalne połączenie właściwości elektrycznych, termicznych i mechanicznych. Tymczasem nanokompozyty na bazie polimerów stały się największym zastosowaniem nanorurek węglowych i najbardziej zbliżonym do powszechnej integracji z życiem codziennym. Łatwo zrozumieć dlaczego: najmniejsze ilości nanorurek dodanych do polimeru nadają materiałowi zasadniczo nowe właściwości, takie jak przewodność elektryczna i piezorezystywność, a także znacząco poprawiają jego właściwości termiczne i mechaniczne.

Niedawne badania w Carbonie rozpoczęły się od próby podjęcia wyzwania, jakim jest osiągnięcie wystarczającej dyspersji nanorurek węglowych w polimerze macierzystym, aby uzyskać optymalne właściwości kompozytu. W tym celu badacze Skoltech i ich współpracownicy z Instytutu Kurnakowa zbadali metodę szybkiej ekspansji roztworu nadkrytycznego (RESS) nanorurek, co prowadzi do ich deaglomeracji. Nie przyniosło to jednak poprawy ostatecznych właściwości nanokompozytów polimerowych. Zespół postanowił zbadać konsekwencje tego z przeciwnej perspektywy.

Współautor badania i jeden z głównych autorów, doktorant Skoltech Ilya Novikov, wyjaśnił: „Uświadomiwszy sobie, że szybka ekspansja powoduje dziesięciokrotne zmniejszenie gęstości nasypowej nanorurek, ale nie poprawia właściwości kompozytu, pomyśleliśmy, dlaczego nie robimy coś odwrotnego i zamiast tego kompresujemy proszki. A co jeśli kompresja nie wpłynie negatywnie na właściwości materiału?” Byłoby to ekscytujące – dodał – ponieważ wyższa gęstość oznacza większą wygodę i mniej zagrożeń bezpieczeństwa w produkcji z powodu niepożądanej aerozolizacji nanorurek.