211service.com
Att göra kolnanorör till långa fibrer
En ny metod för att montera kolnanorör har använts för att skapa hundratals meter långa fibrer. Enskilda kolnanorör är starka, lätta och elektriskt ledande och kan vara värdefulla som bland annat elektriska överföringsledningar. Men att anpassa massor av nanorören till välordnade material som fibrer har visat sig vara utmanande i en skala som är lämplig för tillverkning. Genom att bearbeta kolnanorör i en lösning som kallas supersyra, har forskare vid Rice University gjort långa fibrer som kan användas som lätta, effektiva ledningar för elnätet eller som bas för strukturella material och ledande textilier.
Nanorörsfiber: Denna fiber, som är cirka 40 mikrometer i diameter, består av kolnanorör.
Andra har gjort kol-nanorörfibrer genom att dra rören från fasta hårliknande arrayer eller genom att snurra dem som ull när de kommer ut från en kemisk reaktor. Problemet med att utgå från ett fast ämne, säger Rice kemiteknikprofessor Matteo Pasquali , är att anpassningen inte är spektakulär, och dessa metoder är svåra att skala upp. Ju bättre anpassade och ordnade de enskilda nanorören i en större struktur, desto bättre är den kollektiva strukturens elektriska och mekaniska egenskaper. Med hjälp av Rice-metoderna kan väljusterade nanorörsfibrer tillverkas i stor skala, skjutas ut från ett munstycke som liknar ett duschhuvud.
Den sena Nobelpristagare Richard Smalley startade Rice-projektet 2001. Smalley visste att lösningsbearbetning skulle vara ett bra sätt att sätta ihop nanorörsfibrer och filmer på grund av nanorörens form. Kolnanorör är mycket längre än de är breda, så när de är i en flytande lösning, radar de upp sig som stockar som flyter nerför en flod. Men kolnanorör är inte lösliga i konventionella lösningsmedel. Rice-gruppen lade grunden för vätskebearbetning av nanorören för fem år sedan, när de upptäckte att svavelsyra bringar nanorören i lösning genom att belägga deras ytor med positivt laddade joner.
De senaste fem åren har Rice-gruppen använt mikroskopi för att studera nanorörslösningar gjorda i flera olika syror. Det fanns inget snabbt experiment, säger Pasquali. Vi var tvungna att vara väldigt medvetna. Vi förstår nu hur lösningsbearbetningen fungerar, rattarna för att styra nanorören och hur man förutsäger vad de kommer att göra. Det bästa lösningsmedlet för att bearbeta rören, enligt arbete som publicerades denna månad i tidskriften Naturens nanoteknik , är klorsulfonsyra. Nanorör löses spontant i denna syra i koncentrationer som är 1 000 gånger högre än de gör i något annat lösningsmedel.
Rice-gruppen har använt syrabearbetningsmetoder för att sätta ihop kolnanorör till fibrer som är 50 mikrometer tjocka och hundratals meter långa. Det finns inga begränsningar på fiberlängden, säger Pasquali. Rice-gruppen demonstrerade sin monteringsmetod med enkelväggiga kolnanorör av hög kvalitet.
Hittills har gruppen tillverkat fibrer som är mycket ledande men inte lika starka som andra kolmaterial. Pasquali säger att styrkan hos fibrerna förmodligen skulle kunna förbättras tiofaldigt genom att använda längre kolnanorör. Vi arbetar nu med ett projekt för att göra elektriska transmissionsledningar, säger Pasquali. Metalliska nanorör leder elektricitet bättre än koppar, de är lättare och de misslyckas mer sällan.
Ett viktigt hinder för storskalig tillverkning av kolnanorör kvarstår: Idag finns det inga bra metoder för att tillverka själva nanorören i stora, rena partier. För att till exempel göra nanorörsledningar skulle Rice-gruppen behöva börja med ett stort parti nanorör som innehåller alla metalliska nanorör och inga halvledande. Förra månaden publicerade kemister vid Honda Research Institute en artikel i Vetenskap beskriver en metod för att tillverka stora mängder metalliska nanorör som Pasquali säger är lovande. För transmissionsledningar behöver man göra ton, och det finns inga metoder nu för att göra det, säger han. Vi är ett mirakel bort.