
蘇州碳豐石墨烯科技有限公司

已認(rèn)證
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圖片所示:在這個(gè)簡(jiǎn)單的程序中,水與碳納米管混合,然后滴入一個(gè)多孔的白色陶瓷材料中。像海綿一樣,它吸收了黑色液體。如果用化學(xué)方法蝕刻陶瓷支架,只剩下精細(xì)的氈涂層。這種由微小管子組成的感覺(jué),因此相互連接,形成了一個(gè)更大的管道網(wǎng)絡(luò)。中空的空間可以填充聚合物,形成導(dǎo)電和耐撕裂的復(fù)合材料。
極輕,電導(dǎo)電,比鋼更穩(wěn)定:由于其獨(dú)特的特性,碳納米管成為眾多應(yīng)用的理想材料,從超輕型電池到高性能塑料,再到醫(yī)用植入物。然而,到目前為止,科學(xué)和工業(yè)很難將納米級(jí)的非凡特性轉(zhuǎn)化為功能性工業(yè)應(yīng)用。碳納米管既不能與其他材料充分結(jié)合,也不能結(jié)合在一起,就失去了有益的特性。在基爾大學(xué)(University of Kiel University)和特倫托大學(xué)(University of Trento)的功能性納米材料工作小組(Nanomaterials working group)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種替代方法,這種方法可以與其他材料結(jié)合在一起,這樣它們就能保留它們的特征屬性。因此,他們“感覺(jué)”這種線狀的管子進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定的三維網(wǎng)絡(luò),能夠承受極端的力量。研究結(jié)果現(xiàn)已發(fā)表在《自然通訊》雜志上。
工業(yè)和科學(xué)一直在深入研究外徑小于100納米的碳納米管,以利用滾石墨烯的特殊性質(zhì)。然而,許多理論仍然只是理論?!氨M管碳納米管像纖維束一樣靈活,但它們對(duì)變化也非常敏感,”在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的功能納米材料工作小組的負(fù)責(zé)人Rainer Adelung教授解釋說(shuō)。由于之前嘗試用化學(xué)方法將它們與其他物質(zhì)聯(lián)系起來(lái),它們的分子結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。然而,這使得他們急劇惡化。
與此相反,Kiel和Trento的研究團(tuán)隊(duì)的方法建立在一個(gè)簡(jiǎn)單的濕化學(xué)滲透過(guò)程之上。碳納米管與水混合,滴入一種極其多孔的陶瓷材料中,這種材料是氧化鋅制成的,它能像海綿一樣吸收液體。帶滴的線狀碳納米管附著在陶瓷支架上,并自動(dòng)形成一個(gè)穩(wěn)定的層,類似于一種感覺(jué)??梢哉f(shuō),陶瓷腳手架上覆蓋著納米管。這對(duì)支架和納米管的涂層都有很好的效果。
一方面,陶瓷支架的穩(wěn)定性大大增加,可承受10萬(wàn)倍的重量。“有了CNT涂層,陶瓷材料可以保持在7.5公斤左右,而不只是50g——就像我們用碳納米管做了一個(gè)貼身的套頭衫,它提供了機(jī)械支持,”第一作者Fabian Schutt總結(jié)道。“材料的壓力被CNT的抗拉強(qiáng)度所吸收。壓縮力轉(zhuǎn)化為拉力。
這背后的原理與竹制建筑相當(dāng),比如亞洲的竹子建筑。在這里,竹竿用一根簡(jiǎn)單的繩子綁得很緊,輕質(zhì)材料可以形成非常穩(wěn)定的腳手架,甚至整個(gè)建筑。該刊物的合著者Helge Kruger說(shuō):“我們?cè)诩{米尺度上做同樣的事情,CNT的線,包裹著陶瓷材料——只有很多,小得多?!?/p>
材料科學(xué)家能夠證明他們的另一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。在第二步中,他們用化學(xué)蝕刻法溶解了陶瓷腳手架。剩下的都是一個(gè)精細(xì)的3D管網(wǎng),每一個(gè)管子都由一層微小的CNT管組成。通過(guò)這種方式,研究人員能夠極大地增加毛氈表面,從而創(chuàng)造更多的反應(yīng)機(jī)會(huì)。舒特解釋說(shuō):“我們基本上把整個(gè)沙灘排球場(chǎng)的表面裝成一厘米的立方體。”在三維結(jié)構(gòu)內(nèi)的巨大中空空間可以被聚合物填充。因此,CNTs可以機(jī)械地與塑料相連,而沒(méi)有它們的分子結(jié)構(gòu)——因此它們的性質(zhì)——被修改?!拔覀兛梢詫iT安排CNTs,制造導(dǎo)電復(fù)合材料。為了達(dá)到同樣的電導(dǎo)率,只需要一定數(shù)量的碳納米管的一小部分,”Schutt說(shuō)。
應(yīng)用范圍從電池和過(guò)濾技術(shù),作為導(dǎo)電塑料的填充材料,用于再生醫(yī)學(xué)的植入物,到納米級(jí)的傳感器和電子元件。對(duì)于柔性電子應(yīng)用,如功能性服裝或醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域,這種耐淚水材料的良好電導(dǎo)率也很有趣?!袄?,制造一種能刺激骨骼或心臟細(xì)胞生長(zhǎng)的塑料是可以想象的,”Adelung說(shuō)。由于它的簡(jiǎn)單性,科學(xué)家們同意這個(gè)過(guò)程也可以被轉(zhuǎn)移到其他納米材料制成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中,這將進(jìn)一步擴(kuò)大可能的應(yīng)用范圍。
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