Buckypaper

Buckypaper gjord av kolnanorör

Buckypaper är ett tunt ark tillverkat av ett aggregat av kolnanorör eller kolnanorörspapper. Nanorören är ungefär 50 000 gånger tunnare än ett människohår. Ursprungligen tillverkades det som ett sätt att hantera kolnanorör, men det studeras och utvecklas också till applikationer av flera forskargrupper, vilket visar lovande som fordonsrustning , personlig rustning och nästa generations elektronik och displayer.

Bakgrund

Buckypaper är ett makroskopiskt aggregat av kolnanorör (CNT), eller "buckytubes". Den har att tacka sitt namn till buckminsterfullerenen , fullerenen med 60 kol (en allotrop av kol med liknande bindning som ibland ses till som en "Buckyball" för att hedra R. Buckminster Fuller ).

Syntes

De allmänt accepterade metoderna för att göra CNT-filmer involverar användningen av ytaktiva ämnen , såsom Triton X-100 och natriumlaurylsulfat , vilket förbättrar deras dispergerbarhet i vattenlösning. Dessa suspensioner kan sedan membranfiltreras under positivt eller negativt tryck för att ge enhetliga filmer. Van der Waals-kraftens interaktion mellan nanorörsytan och det ytaktiva medlet kan ofta vara mekaniskt starkt och ganska stabilt och därför finns det inga garantier för att allt ytaktivt ämne avlägsnas från CNT-filmen efter bildning. Tvättning med metanol, ett effektivt lösningsmedel för att avlägsna Triton X, visade sig orsaka sprickbildning och deformation av filmen. Det har också visat sig att Triton X kan leda till cellys och i sin tur vävnadsinflammatoriska svar även vid låga koncentrationer.

För att undvika negativa biverkningar från eventuell närvaro av ytaktiva ämnen, kan en alternativ gjutprocess användas som involverar en frittakompressionsmetod som inte krävde användning av ytaktiva ämnen eller ytmodifiering. Dimensionerna kan styras genom storleken på spruthuset och genom massan av kolnanorör som tillsätts. Deras tjocklek är vanligtvis mycket större än tensidgjuten buckypaper och har syntetiserats från 120 μm upp till 650 μm; Även om det inte finns något nomenklatursystem för att styra tjocklekar för prover som ska klassificeras som papper, kallas prover med tjocklekar över 500 μm som buckydiscs. Fritkompressionsmetoden möjliggör snabb gjutning av buckypaper och buckydiscs med återvinning av gjutlösningsmedlet och kontroll över 2D- och 3D-geometrin.

Aligned multi-walled carbon nanorube (MWNT) tillväxt har använts i CNT-filmsyntes genom dominoeffekten . I denna process skjuts "skogar" av MWNTs platt i en enda riktning, vilket komprimerar deras vertikala orientering i horisontalplanet, vilket resulterar i bildandet av högrent buckypaper utan ytterligare rening eller behandling som krävs. Som jämförelse, när ett buckypaper-prov bildades från 1 tons komprimering av kemisk ångavsättning (CVD) genererat MWNT-pulver, ledde varje applicering av ett lösningsmedel till omedelbar svallning av filmen tills den återgick till partiklar. Det verkar som att för det använda CNT-pulvret var kompression ensam otillräcklig för att generera robust buckypaper och belyser att den anpassade tillväxtmetodologin genererar in situ tub-tube-interaktioner som inte finns i CVD CNT-pulver och bevaras fram till domino-pressande bildning av buckypaper.

Nyligen har en ny skalbar CNT-filmtillverkningsmetod utvecklats: Surface-Engineered Tape Casting (SETC) teknik. SETC-tekniken löser den största utmaningen med tejpgjutning som är att lossa den torkade och den typiskt klibbiga CNT-filmen från det bärande substratet. För att uppnå en perfekt lös film måste det bärande substratet konstrueras med mikropyramidporstrukturmorfologi. SETC producerar filmer med stor yta från alla kommersiellt tillgängliga kolnanorör med inställbar längd, tjocklek, densitet och sammansättning.

Egenskaper

Jämförande flamtest av flygplan gjorda av cellulosa , buckypaper av kol och oorganisk bornitrid nanorör buckypaper.

Buckypaper väger en tiondel av vikten men potentiellt 500 gånger starkare än stål när dess ark staplas för att bilda en komposit. Det kan sprida värme som mässing eller stål och det kan leda elektricitet som koppar eller kisel.

Ansökningar

Bland de möjliga användningsområdena för buckypaper som undersöks:

Brandskydd: täckmaterial med ett tunt lager av buckypaper förbättrar avsevärt dess brandmotstånd på grund av den effektiva reflektionen av värme från det täta, kompakta lagret av kolnanorör eller kolfibrer.
Om den utsätts för en elektrisk laddning kan buckypaper användas för att lysa upp dator- och tv-skärmar. Det skulle kunna vara mer energieffektivt, lättare och kan möjliggöra en mer enhetlig nivå av ljusstyrka än nuvarande katodstrålerör (CRT) och flytande kristaller (LCD) teknologi.
Eftersom enskilda kolnanorör är ett av de mest termiskt ledande materialen som är kända, lämpar sig buckypaper till utvecklingen av kylflänsar som skulle tillåta datorer och annan elektronisk utrustning att sprida värme mer effektivt än vad som är möjligt för närvarande. Detta kan i sin tur leda till ännu större framsteg inom elektronisk miniatyrisering.
Filmer kan också skydda elektroniska kretsar och enheter i flygplan från elektromagnetiska störningar, som kan skada utrustning och ändra inställningar. På liknande sätt kan sådana filmer tillåta militära flygplan att skydda sina elektromagnetiska "signaturer", som kan detekteras via radar.
Buckypaper kan fungera som ett filtermembran för att fånga mikropartiklar i luft eller vätska. Eftersom nanorören i buckypaper är olösliga och kan funktionaliseras med en mängd olika funktionella grupper, kan de selektivt ta bort föreningar eller fungera som en sensor.
Tillverkad i tillräckligt stora kvantiteter och till ett ekonomiskt lönsamt pris, kan buckypaper-kompositer fungera som en effektiv pansarplätering.
Buckypaper kan användas för att odla biologisk vävnad, såsom nervceller. Buckypaper kan elektrifieras eller funktionaliseras för att uppmuntra tillväxt av specifika typer av celler.
Poissons förhållande för nanorörspapper i kol kan kontrolleras och har uppvisat ett auxetiskt beteende, som kan användas som konstgjorda muskler.
Elektrodmaterial för superkondensatorer , litiumjonbatterier och vanadin redoxflödesbatterier .

Se även

externa länkar

FSU-forskarens "buckypaper" är starkare än stål till en bråkdel av vikten Barry Ray FSU 2015-05-03
Forskning i recensioner: buckypaper - Paper Promise Don Wood, FSU
Buckypaper – Nanorör på steroider The Future of Things Arkiv