Enklare och säkrare att använda kolnanorör i polymer nanokomposit

En forskargrupp från Skoltech, Aalto-universitetet och Kurnakov-institutet har nyligen utvecklat en ny, mångsidig och enkel metod för att använda kolnanorör för tillverkning av nanokompositer av kolnanorör-polymer. Metoden redovisas i Carbon och går ut på att göra briketter — täta förpackningar av kolnanorörspulver. Nanokompositer gjorda med briketter presterar lika bra som de gjorda av de dyrare masterbatcherna, som också är polymerspecifika - det vill säga mindre mångsidiga.

"Vi tror att användningen av täta briketter av kolnanorör avsevärt kan underlätta utvecklingen av kolnanorörskompositindustrin. Den här tekniken är billig och tillämpbar på ett brett utbud av polymermatriser, utan att offra några av de elektriska och termiska egenskaperna hos det slutliga materialet”, sa huvudförfattaren till studien, Skoltech-doktorand Hassaan Butt.

Under de senaste decennierna har kolnanorör undersökts intensivt av forskare från akademin och industrin på grund av deras unika kombination av elektriska, termiska och mekaniska egenskaper. Samtidigt har polymerbaserade nanokompositer kommit att bli den största kolnanorörsapplikationen och den som är närmast en utbredd integrering i vardagen. Det är lätt att förstå varför: De minsta mängderna nanorör som läggs till en polymer ger materialet i grunden nya egenskaper, såsom elektrisk ledningsförmåga och piezoresistivitet, såväl som en avgörande förbättring av dess termiska och mekaniska egenskaper.

Den nyligen genomförda studien i Carbon började som ett försök att ta itu med utmaningen att uppnå tillräcklig dispersion av kolnanorör i en värdpolymer för att uppnå optimala kompositegenskaper. För detta ändamål undersökte Skoltech-forskare och deras medarbetare från Kurnakov Institute metoden för snabb expansion av superkritisk lösning (RESS) av nanorör, vilket leder till deras deagglomerering. Det gav dock inga förbättringar av de ultimata egenskaperna hos polymernanokompositer. Teamet bestämde sig för att undersöka konsekvenserna av detta från det motsatta perspektivet.

Studiens medförfattare och en av de främsta bidragsgivarna, Skoltech-doktoranden Ilya Novikov, förklarade: "Efter att ha insett att snabb expansion ger en tiofaldig minskning av bulkdensiteten hos nanorören men inte förbättrar kompositegenskaperna, tänkte vi, varför inte vi gör tvärtom och pressar ihop pulvren istället. Vad händer om kompression inte försämrar materialets prestanda?” Anledningen till att detta skulle vara spännande, tillade han, är att högre densitet innebär större bekvämlighet och färre säkerhetsrisker vid tillverkning på grund av oönskad aerosolisering av nanorör.