Кевлар предложили заменить углеродными нанотрубками

Исследователи из Восточно-Китайского университета науки и технологий разработали способ, который позволяет получать прочные пленки из углеродных нанотрубок 3 Февраль 2016, 16:11
Исследователи из Восточно-Китайского университета науки и технологий разработали способ, который позволяет получать прочные пленки из углеродных нанотрубок. По своей прочности такие пленки несколько превосходят углеволоконные и значительно превосходят кевларовые. Результаты работы китайских ученых опубликованы в журнале Nanoletters, а их краткое изложение приводит издание Chemical & Engineering News. По данным исследователей, новые пленки можно использовать при производстве брони для военных или защиты для спортсменов.
Пленка из углеродных нанотрубок Фотография: East China University of Science and Technology
Для изготовления пленки из углеродных нанотрубок ученые использовали метод, аналогичный выдуванию стеклянных изделий. Исследователи горизонтально поместили трубку диаметром 50 миллиметров в горн, в котором поддерживалась температура в 1150-1130 градусов. Через трубку продувался под давлением азот, в поток которого подмешивалась смесь этанола и небольших количеств ферроцена и тиофена. На вдув трубки ученые также подавали углеродные нанотрубки.

Во время продувки через разогретую трубку углеродные нанотрубки становились параллельными друг другу, а на выходе появлялась углеродная трубка. Затем исследователи протягивали ее через серию сдавливающих роликов и наматывали на барабан. При этом ученые выяснили, что чем выше скорость наматывания, тем больше получается прочность пленки. В результате такого способа производства углеродные нанотрубки в пленке располагаются максимально близко друг к другу и параллельно. Это и обеспечивает высокую прочность пленок.

Исследователи провели измерения, по итогам которых выяснилось, что прочность новой пленки составляет 9,6 гигапаскаля. Для сравнения, прочность пленки из углеволокна составляет семь гигапаскалей, а из кевлара — 3,7 гигапаскаля. Кроме того, углеродная пленка получилась в четыре раза более гибкой, чем кевларовая. Она также может растягиваться на восемь процентов от своей изначальной длины по сравнению с двумя процентами у кевлара.

Наконец, получившаяся пленка способна проводить электричество. По мнению ученых, это свойство позволит использовать ее при производстве различных электродов, а также искусственных мышц. В настоящее время для производства пленок используется способ помещения заранее расположенных параллельно друг к другу углеродных нанотрубок в специальные растворы и последующей их опрессовки. По словам китайских исследователей, пленки, изготовленные их методом, получаются гораздо прочнее.

Для изготовления пленки из углеродных нанотрубок ученые использовали метод, аналогичный выдуванию стеклянных изделий. Исследователи горизонтально поместили трубку диаметром 50 миллиметров в горн, в котором поддерживалась температура в 1150-1130 градусов. Через трубку продувался под давлением азот, в поток которого подмешивалась смесь этанола и небольших количеств ферроцена и тиофена. На вдув трубки ученые также подавали углеродные нанотрубки.

Во время продувки через разогретую трубку углеродные нанотрубки становились параллельными друг другу, а на выходе появлялась углеродная трубка. Затем исследователи протягивали ее через серию сдавливающих роликов и наматывали на барабан. При этом ученые выяснили, что чем выше скорость наматывания, тем больше получается прочность пленки. В результате такого способа производства углеродные нанотрубки в пленке располагаются максимально близко друг к другу и параллельно. Это и обеспечивает высокую прочность пленок.

Исследователи провели измерения, по итогам которых выяснилось, что прочность новой пленки составляет 9,6 гигапаскаля. Для сравнения, прочность пленки из углеволокна составляет семь гигапаскалей, а из кевлара — 3,7 гигапаскаля. Кроме того, углеродная пленка получилась в четыре раза более гибкой, чем кевларовая. Она также может растягиваться на восемь процентов от своей изначальной длины по сравнению с двумя процентами у кевлара.

Наконец, получившаяся пленка способна проводить электричество. По мнению ученых, это свойство позволит использовать ее при производстве различных электродов, а также искусственных мышц. В настоящее время для производства пленок используется способ помещения заранее расположенных параллельно друг к другу углеродных нанотрубок в специальные растворы и последующей их опрессовки. По словам китайских исследователей, пленки, изготовленные их методом, получаются гораздо прочнее.