Enostavnejša in varnejša uporaba ogljikovih nanocevk v polimernih nanokompozitih

Raziskovalna skupina iz Skoltecha, Univerze Aalto in Inštituta Kurnakov je nedavno razvila nov, vsestranski in preprost pristop k uporabi ogljikovih nanocevk za proizvodnjo nanokompozitov ogljikovih nanocevk in polimerov. Metoda je opisana v Carbonu in vključuje izdelavo briketov - gostih paketov prahu ogljikovih nanocevk. Nanokompoziti, izdelani iz briketov, delujejo enako dobro kot tisti, izdelani iz dražjih masterbatchov, ki so prav tako specifični za polimere – torej manj vsestranski.

»Verjamemo, da lahko uporaba gostih briketov ogljikovih nanocevk bistveno olajša razvoj industrije kompozitov ogljikovih nanocevk. Ta tehnika je poceni in uporabna za široko paleto polimernih matric, ne da bi pri tem žrtvovali katere koli električne in toplotne lastnosti končnega materiala,« je izjavil glavni avtor študije, doktorski študent Skoltecha Hassaan Butt.

V zadnjih desetletjih so ogljikove nanocevke intenzivno preučevali raziskovalci iz akademskih krogov in industrije zaradi njihove edinstvene kombinacije električnih, toplotnih in mehanskih lastnosti. Medtem so nanokompoziti na osnovi polimerov postali največja uporaba ogljikovih nanocevk in tista, ki je najbližja široki integraciji v vsakdanje življenje. Zlahka je razumeti, zakaj: najmanjše količine nanocevk, dodanih polimeru, dajejo materialu bistveno nove lastnosti, kot sta električna prevodnost in piezorezistivnost, ter bistveno izboljšajo njegove toplotne in mehanske lastnosti.

Nedavna študija v Carbonu se je začela kot poskus reševanja izziva doseganja zadostne disperzije ogljikovih nanocevk v gostiteljskem polimeru za doseganje optimalnih lastnosti kompozita. V ta namen so raziskovalci Skoltecha in njihovi sodelavci iz Inštituta Kurnakov raziskali metodo za hitro ekspanzijo superkritične raztopine (RESS) nanocevk, ki vodi do njihove deaglomeracije. Vendar pa ni prineslo nobenih izboljšav v končnih lastnostih polimernih nanokompozitov. Ekipa se je odločila raziskati posledice tega z nasprotne perspektive.

Soavtor študije in eden od glavnih sodelavcev, doktorski študent Skoltecha Ilya Novikov, je pojasnil: »Ko smo ugotovili, da hitro širjenje povzroča desetkratno zmanjšanje gostote nanocevk, vendar ne izboljša lastnosti kompozitov, smo pomislili, zakaj ne naredimo nasprotno in namesto tega stisnemo praške. Kaj pa, če stiskanje ne poslabša učinkovitosti materiala?« Razlog, da bi bilo to vznemirljivo, je dodal, je, da večja gostota pomeni večjo priročnost in manj varnostnih nevarnosti pri proizvodnji zaradi neželene aerosolizacije nanocevk.