Ученые предложили новый формат композитов из углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки — свернутые в полый цилиндр листы графена — уже несколько десятилетий остаются популярными объектами исследования ученых самых разных направлений. Эти структуры обладают достаточно высокой электро- и теплопроводностью, интересными оптическими свойствами, а также прочны. Это делает их перспективным компонентом нанокомпозитов: добавление даже небольшого количества нанотрубок к полимеру может значительно улучшить и даже изменить его свойства.

Сотрудники Сколтеха и ИОНХ РАН работали над тем, чтобы добиться большей дисперсии углеродных нанотрубок внутри полимера для улучшения свойств композита. Они применили метод, основанный на быстром расширении сверхкритических флюидов (RESS), ведущий к деагломерации нанотрубок, однако улучшения свойств полимерных нанокомпозитов не добились.

«Убедившись, что в результате быстрого расширения суспензии нанотрубок их насыпная плотность уменьшается в 10 раз, но свойства композита при этом не меняются, мы решили пойти от обратного и попробовали уплотнить порошок в надежде, что сжатие не приведет к ухудшению характеристик материала. Мотивация также состояла в том, что более высокая плотность упаковки нанотрубок должна упростить условия производства и решить проблему их нежелательной аэрозолизации, которая создает риски для здоровья персонала», — рассказывает один из авторов и основных исполнителей работы, аспирант Сколтеха Илья Новиков.

Авторы спрессовали порошки нанотрубок пневматическим способом, а затем тщательно проанализировали свойства эпоксидных нанокомпозитов, полученных из порошков четырех типов: исходного, «распушенного» методом RESS, спрессованного в брикеты и стандартного концентрата в виде нанотрубок, предварительно диспергированных в полимере производителем. Анализ показал, что все исследуемые свойства, включая морфологию, электропроводность, теплопроводность и термическую стабильность, у всех четырех композитов оказались одинаковыми.

«Как это ни удивительно, но у всех полученных композитов практически одинаковыми оказались не только электрические, но и тепловые свойства. Мы смогли это объяснить сходным пространственным распределением нанотрубок в эпоксидной смоле. Но что еще интереснее — получается, наши брикеты ничуть не уступают по своим свойствам довольно дорогому и подходящему лишь для конкретного полимера промышленному концентрату. При этом брикеты гораздо удобнее и безопаснее в использовании, чем порошок исходной плотности и тем более распушенный», — прокомментировал результаты исследования его руководитель, профессор Сколтеха Альберт Насибулин.