211service.com
At lave kulstof nanorør til lange fibre
En ny metode til at samle kulstof nanorør er blevet brugt til at skabe fibre på hundredvis af meter lange. Individuelle kulstofnanorør er stærke, lette og elektrisk ledende og kan være værdifulde som blandt andet elektriske transmissionsledninger. Men at tilpasse masser af nanorørene til velordnede materialer som fibre har vist sig at være udfordrende i en skala, der er egnet til fremstilling. Ved at behandle kulstofnanorør i en løsning kaldet en supersyre har forskere ved Rice University lavet lange fibre, der kan bruges som lette, effektive ledninger til det elektriske net eller som grundlag for strukturelle materialer og ledende tekstiler.
Nanorør fiber: Denne fiber, som er omkring 40 mikrometer i diameter, består af kulstof nanorør.
Andre har lavet kulstof-nanorørfibre ved at trække rørene fra faste hårlignende arrays eller ved at spinde dem som uld, når de kommer ud af en kemisk reaktor. Problemet med at starte fra et fast stof, siger Rice kemiingeniørprofessor Matteo Pasquali , er, at justeringen ikke er spektakulær, og disse metoder er svære at skalere op. Jo bedre afstemt og ordnet de enkelte nanorør i en større struktur, jo bedre er den kollektive strukturs elektriske og mekaniske egenskaber. Ved hjælp af Rice-metoderne kan velafstemte nanorørfibre fremstilles i stor skala, skudt ud fra en dyse, der ligner et brusehoved.
Det sene nobelpristager Richard Smalley startede Rice-projektet i 2001. Smalley vidste, at løsningsbehandling ville være en god måde at samle nanorørfibre og -film på grund af nanorørs form. Kulstofnanorør er meget længere, end de er brede, så når de er i en flydende opløsning, står de på linje som træstammer, der flyder ned ad en flod. Men kulstof nanorør er ikke opløselige i konventionelle opløsningsmidler. Rice-gruppen lagde grundlaget for væskebehandling af nanorørene for fem år siden, da de opdagede, at svovlsyre bringer nanorørene i opløsning ved at belægge deres overflader med positivt ladede ioner.
I de seneste fem år har Rice-gruppen brugt mikroskopi til at studere nanorøropløsninger lavet i flere forskellige syrer. Der var ikke noget hurtigt eksperiment, siger Pasquali. Vi skulle være meget bevidste. Vi forstår nu, hvordan løsningsbehandlingen fungerer, knapperne til at styre nanorørene, og hvordan man forudsiger, hvad de vil gøre. Det bedste opløsningsmiddel til behandling af rørene, ifølge arbejde offentliggjort i denne måned i tidsskriftet Natur nanoteknologi , er chlorsulfonsyre. Nanorør opløses spontant i denne syre i koncentrationer 1.000 gange større end de gør i noget andet opløsningsmiddel.
Rice-gruppen har brugt syrebehandlingsmetoder til at samle kulstofnanorør til fibre, der er 50 mikrometer tykke og hundredvis af meter lange. Der er ingen begrænsninger på fiberlængden, siger Pasquali. Rice-gruppen demonstrerede sin samlingsmetode med enkeltvæggede kulstofnanorør af høj kvalitet.
Indtil videre har gruppen lavet fibre, der er meget ledende, men ikke så stærke som andre kulstofmaterialer. Pasquali siger, at styrken af fibrene sandsynligvis kunne forbedres tidoblet ved at bruge længere kulstofnanorør. Vi arbejder nu på et projekt til fremstilling af elektriske transmissionsledninger, siger Pasquali. Metalliske nanorør leder elektricitet bedre end kobber, de er lettere, og de fejler sjældnere.
En vigtig hindring for storskala fremstilling af kulstof-nanorør er tilbage: I dag er der ingen gode metoder til at fremstille selve nanorørene i store, rene partier. For at lave nanorør-transmissionslinjer, for eksempel, ville Rice-gruppen skulle starte med et stort parti nanorør, der indeholder alle metalliske nanorør og ingen halvledende. Sidste måned offentliggjorde kemikere ved Honda Research Institute et papir i Videnskab beskriver en metode til fremstilling af store mængder metalliske nanorør, som Pasquali siger er lovende. Til transmissionsledninger skal man lave tons, og det er der ingen metoder til nu, siger han. Vi er et mirakel væk.