Волокна из углеродных нанотрубок
Новый метод сборки углеродных нанотрубок используется для того чтобы создавать волокна длиной в сотни метров. Чистые углеродные трубки являются прочными, легкими и электропроводящими, и вполне могли бы быть использованы как электрические провода. Они бы заменили. Но довольно сложная задача обработки нанотрубок в такие формы, как провода тяжела для масштабного производства. Однако, обрабатывая углеродные нанотрубки сильной кислотой, ученые из Rice University смогли изготовить длинные волокна, которые могли бы использоваться как легкие и эффективные проводники в электрических сетях или как структурный материал для проводящих тканей. Эти нанотрубки могут заменить провода с пвх трубками для них. трубка пвх цена которой не очень большая, станет не нужной, собственно как и сам провод.
Другие получали волокна из нанотрубок путем растягивания трубок из твёрдых волокнистых массивов или наматывая так же, как шерсть, по мере появления их из химического реактора. Проблемы возникают с получением вещества из твёрдой фазы, говорит профессор-химик Маттео Паскуали из Rice University – «выравнивание далеко не превосходное, эти методы очень сложны для воплощения». Чем лучше выровнены и упорядочены отдельные нанотрубки в структуре, тем лучше физические и электрические свойства всей структуры. Если использовать методы Rice University, то хорошо выровненные нанотрубки можно производить в крупных масштабах.
Нобелевский лауреат Ричард Смолли организовал проект Rice в 2001 году. Смолли знал, что обработка в растворе будет хорошим способом получения волокон и плёнок из нанотрубок. Углеродные нанотрубки намного больше в длину, чем в ширину и поэтому, когда они находятся в растворе, они выстраиваются в линию как бревна для спуска по реке. Но углеродные трубки не растворимы в обычных растворителях. Группа исследователей из Rice заложила основы для обработки нанотрубок в жидкости пять лет назад, когда обнаружили, что серная кислота покрывает нанотрубки в растворе положительно заряженными ионами.
В течение прошлых пяти лет группа из Rice использовала микроскопию для изучения растворов нанотрубок в различных кислотах. «Это был вовсе не быстрый эксперимент», говорит Паскуали – «мы не должны торопиться. Сейчас мы знаем как работает процесс растворения, что позволяет управлять поведением нанотрубок и предсказывать их поведение. Согласно работе, изданной в этом месяце в журнале Природные Нанотехнологии, хорошо подходящим растворителем для обработки нанотрубок является хлорсульфоновая кислота. Нанотрубки мгновенно растворяются в этой кислоте в концентрациях в 1000 раз больших, чем в других растворителях.
Группа Rice использовала метод обработки кислотой для получения волокон толщиной 50 микрометров и длиной и в сотни метров. «Нет никаких ограничений на длину волокна» – говорит Паскуали. Ученые из Rice продемонстрировали свой метод сборки на высококачественных нанотрубках со стенками мономолекулярной толщины.
Пока ученые сделали волокна, которые являются хорошими проводниками, но не столь прочными как другие углеродные материалы. Паскуали говорит, что можно увеличить прочность десятикратно путем использования длинных нанотрубок. «Сейчас мы занимаемся проектом разработки использования углеродных нанотрубок для электрических сетей», говорит Паскуали. «Металлические нанотрубки проводят электричество лучше, чем медь, они легче и дают сбои реже».
Одно важное препятствие для крупномасштабного производства все-таки остается: на сегодняшний день нет никаких хороших методов чтобы производить углеродные волокна непосредственно в больших чистых партиях. Чтобы сделать, например, большие электрические линии передачи группа из Rice должна начать с крупного производства волокон, содержащих только проводящие углеродные нанотрубки, без примесей полупроводниковых. В октябре, химики Научно-исследовательского института Honda опубликовали научную работу, описывающую способ масштабного производства металлических нанотрубок, который, по словам Паскали, довольно многообещающий. «Для линий передач нужно сделать тонны волокон, но всё-таки пока ещё для этого нет доступных технологий», говорит он – «Мы далеки от этого чуда».
