Fritkompression
Fritkompression är den teknik som används för att tillverka buckypaper och buckydiscs från en suspension av kolnanorör i ett lösningsmedel. Detta är en snabb, effektiv metod över ytaktivt gjutning eller syraoxidationsfiltrering av kolnanorör.
Bakgrund
Traditionella metoder för produktion av buckypaper innebär användning av ytaktiva ämnen för att sprida kolnanorör i vattenlösningar. Det visade sig att filtrering av denna suspension gjorde det möjligt för nanorören att packas ihop i en pappersliknande matta, vilket myntade termen "buckypaper" (bucky är referensen till buckminsterfulleren- molekylen ). Problemet var svårigheten att ta bort det ytaktiva medlet efteråt, där det ytaktiva medlet har kopplats till cellys och vävnadsinflammation.
Syraoxidation av kolnanorör kan också användas vid filtrering för att bilda buckypaper, men kräver en hög grad av sura ytgrupper för att uppnå effektiv spridning i vattenlösning.
Syntes
En alternativ gjutmetod utvecklades 2008 för att producera buckypaper som inte krävde användning av ytaktiva ämnen eller syraoxidation av kolnanorör för att erhålla buckypaper med hög renhet för biomedicinska applikationer.
Frit-kompressionssystemet anpassades från en Solid Phase Extraction- kolonn (SPE), där en suspension av kolnanorör kläms mellan två polypropenfrittor (70 mikrometer pordiameter) inuti en sprutkolonn. Porstrukturen hos frittan tillåter ett snabbt utsläpp av lösningsmedlet och lämnar kolnanorören för att pressas samman. Närvaron av lösningsmedlet styr växelverkan mellan rören, vilket tillåter bildandet av rör-rör-övergångar; dess ytspänning påverkar direkt överlappningen av angränsande nanorör och får därmed kontroll över porositeten och pordiameterfördelningen hos buckypaper. Fördelningen av kolnanorör i lösningsmedel behöver inte vara en stabil suspension, snarare är en allmän dispersion mycket lättare att hålla nanorören mellan frittorna snarare än att passera genom dem.
När systemet väl har komprimerats, avlägsnas nanorörssandwichen med fritta och kol från spruthuset och får torka. Fritterna kan sedan tas bort för att lämna intakt buckypaper. Denna metod påskyndar snabbt gjutningsprocessen, undviker användning av ytaktiva ämnen och syraoxidation, och lösningsmedlet kan återvinnas helt.
Mängd
Buckypaper från fritta kompression av flerväggiga kolnanorör
En vattengjuten buckydisc med konvex underyta
Buckycolumn precis efter gjutning
Buckycolumn med hyperboloidgeometri vid torkning
Buckyprisma med gjutfritta
Tvärsnittsgeometrin på spruthuset kommer att bestämma den slutliga strukturen av buckypaper och mängden kolnanorör som läggs till kolonnen kommer att påverka höjden på kolnanorörsmattan. Även om det för närvarande inte finns någon formell klassificering för papper, skivor och kolumner, ansågs det nödvändigt att skilja mellan de olika strukturerna som erhållits för forskningsändamål.
Buckypaper
Vanligtvis används cylindriska kolonner med några milligram kolnanorör i ett lösningsmedel. Detta genererar buckypaper med cirkulärt tvärsnitt och filmhöjder på några hundra mikrometer. Buckypaper är vanligtvis en klass av kolnanorörsmattor med djup från 1 till 500 mikrometer.
Buckydiscs
Buckypaper med en höjd som är större än 500 mikrometer (0,5 mm) kallas en buckydisc, är tjockare än buckypaper och inte pappersliknande. Vid gjutning i vatten kan filmens kanter dessutom lyftas på grund av ytspänningseffekter av det kvarvarande lösningsmedlet i systemet som kan dra kolnanorör närmare varandra.
Buckycolumns
Buckydiscs med höjder större än 1 mm kan kallas buckycolumns. Dessa kolnanorörsmonoliter uppvisar ofta hyperboloida geometrier och är mycket komprimerbara
Buckyprism
Det är möjligt att använda kvadratiska hus för att generera kvadratiska tvärsnitt, så kallade buckyprismor.