211service.com
Nanorør forvandlet til superfibre
Carbon nanorør har enestående styrke og ledningsevne, men i de to årtier, der er gået siden deres opdagelse, har det vist sig vanskeligt at lave lange tråde ud af dem, der kunne drage fordel af disse egenskaber. Nu forskere ved Rice University og hollandsk materialefirma Teijin Aramid laver trådlignende nanorørfibre, der kombinerer metallers elektriske ledningsevne med styrken af kulstofkompositter og er lette, fleksible og termisk ledende.
Carbon lys: Denne 46 gram lysemitterende diode holdes i vejret af to 24 mikrometer tykke nanorørfibre. Fibrene fører også elektrisk strøm til pæren.
Teijin Aramid, der er baseret i Arnhem, Holland, og en førende producent af højstyrkefibre, planlægger at kommercialisere de nanorør-baserede materialer, sandsynligvis først i ledninger til fly og satellitter, og til sidst i elektroniske tekstiler og medicinske implantater, der modstår korrosion.
Individuelle kulstof nanorør er nogle af de stærkeste, mest ledende kendte materialer. Men de fleste forsøg på at bygge større materialer ud fra dem resulterer i et sammenfiltret rod, der ikke har nogen af disse egenskaber. Problemet er, at for at lave sådanne materialer skal du justere nanorørene.
I 2003, Rice University forskere ledet af Richard Smalley lavede de første carbon nanorørfibre ved at køre en flydende suspension af nanorør gennem en fiberspindemaskine af samme type, som bruges til at lave kommercielle polymerfibre som DuPonts Kevlar og Twaron, som er lavet af Teijin Aramid. Begrundelsen var, at nanorørene ville flyde gennem væsken og stille op med hinanden som træstammer, der flyder på en flod. Denne justering skulle gøre fiberen stærkere og mere ledende. Men egenskaberne af disse tidlige fibre var ikke særlig gode, siger Matteo Pasquali , der nu leder nanorørfiberprojektet hos Rice. Mens andre grupper vendte sig til at lave nanorørplader og fibre af tørre materialer, holdt Rice-gruppen fast ved sin metode.
På det tidspunkt fungerede det ikke særlig godt med nanorør, men Pasquali og Smalley mente, at hvis de kunne forbedre spindeprocessen, ville det i sidste ende føre til fibre med bedre egenskaber end de tørre metoder og være modtagelige for storskalafremstilling som f.eks. det gøres med polymerer.
Nu har den beslutning givet pote, siger Pasquali. I samarbejde med Teijin Aramid har Rice-gruppen nu lavet kulstof-nanorørfibre, der har flere af individuelle nanorørs egenskaber. De har en elektrisk ledningsevne tæt på kobbers, men er meget stærkere. De er ikke helt så stærke som konventionelle kulfibre, men de er meget mindre skøre. Og de er mere termisk ledende end metal eller kulfiber. Det betyder, at nanorørfibre kan erstatte disse materialer i eksisterende applikationer inden for rumfart og elektronik og muliggøre nye teknologier, der drager fordel af fibrenes unikke kombination af styrke, fleksibilitet og termisk og elektrisk ledningsevne. Pasquali forestiller sig vaskbare elektroniske tekstiler, letvægtsledninger til fly og i sidste ende mere effektive ledninger til det elektriske net.
Filamenterne er omkring 25 mikrometer tykke og kan væves til tykkere tråde for at holde tungere belastninger op eller føre mere strøm. Pasquali siger, at koncernen nu kan producere nanorørmaterialerne kontinuerligt, og at det tager et par timer at producere et par hundrede meter. Dette arbejde er beskrevet i journalen Videnskab .
Marcin Otto, forretningsudviklingschef hos Teijin Aramid, siger, at fordi fibrene er lavet ved hjælp af en vådspinningsproces, har de bedre egenskaber end dem, der er lavet af tørre nanorør. Men han indrømmer, at Teijin Aramid bliver nødt til at vise, at den er i stand til at fremstille i større skalaer.
Otto siger, at Teijin Aramid nu undersøger forskellige potentielle markeder. En mulighed er lette multifunktionelle tekstiler til smart beklædning, der integrerer medicinske sensorer, antenner og andre enheder, og som kan overleve presset ved foldning og modstå korrosion i vaskemaskinen. Men tidlige anvendelser vil sandsynligvis være på markeder som elektriske ledninger til rumfart og forsvar, hvor hver ounce vægt er kritisk. For det første skal virksomheden udføre den nødvendige teknik og test for at sikre, at fibrene kan skaleres op til et pålideligt produkt.