Jelentős áttörés az ultraerős szén nanocső szálak kutatásában Kínában

Nemrég Wei Fei professzor, a Tsinghua Egyetem Vegyészmérnöki Tanszékének csapata összeállt Prof. Li Xide-vel, a Tsinghuai Egyetem Repülési és Űrhajózási Karának munkatársával, hogy jelentős áttörést érjen el a szuperhosszú szén nanocsőszálak területén. A világon először jelentették, hogy az egyetlen szén nanocsövek elméleti szilárdsága rendkívül hosszú. A szén nanocső kötegek szakítószilárdsága meghaladja az összes jelenleg megtalálható szálanyagot.

A szén nanocsöveket a jelenleg fellelhető egyik legerősebb anyagnak tartják, szakítószilárdsága meghaladja a 100 GPa-t, és több mint 10 szénszál-szilárdságuk. Ha azonban egyetlen, kiváló mechanikai tulajdonságokkal rendelkező szén nanocsövet készítenek makroszkopikus anyaggá, teljesítménye gyakran messze elmarad az elméleti értéktől. Ezzel szemben az ultrahosszú szén nanocsövek centiméteres vagy akár deciméteres hosszúságúak és tökéletes szerkezetűek, egyenletes tájolásúak és mechanikai tulajdonságaik közel vannak az elméleti határhoz, és nagy előnyük van a szupererős szálak előállításában.

Az in-situ gázáram-fókuszálási módszerek alkalmazásával a kutatócsoport egy centiméteres összefüggő szuperhosszú, határozott összetételű, tökéletes szerkezetű, párhuzamos elrendezésű szén nanocső elkészítését tudja irányítani, és ügyesen elkerüli a korlátozó tényezőt. Különböző számú egységet tartalmazó ultrahosszú szén nanocsövek kötegeinek elkészítésével és összetételük ultrahosszú szén nanocső kötegek mechanikai tulajdonságaira gyakorolt ​​hatásának kvantitatív elemzésével megalapozott fizikai/matematikai modelleket állítottunk fel.

A tanulmány megállapította, hogy a szén nanocsövek kezdeti feszültségeloszlása ​​a csőkötegben nem egyenletes, így a csőkötegben lévő szén nanocsöveket nem lehet egyidejű és egyenletes erőhatásnak kitenni, ami viszont a teljes szilárdság csökkenéséhez vezet. vagyis a „Dániel-effektus”. Ennek alapján a kutatócsoport egy „szinkron relaxációs” stratégiát javasolt, amely nanomanipulációval oldja fel a csőkötegben lévő szén nanocsövek kezdeti feszültségét, így az egy szűk eloszlási tartományba kerül, és ezáltal a szén nanocső nyaláb szakítószilárdságát. 80 GPa fölé emelve, közel az egyetlen szén nanocsövek szakítószilárdságához.

Ez a munka feltárja az ultrahosszú szén nanocsövek szuperszálak előállítására való alkalmazásának fényes kilátásait, és egyben rámutat az új szuperszálak fejlesztésének irányaira és módszereire.