25 November 2022, 20:00

Ученые предложили новый формат композитов из углеродных нанотрубок

Ученые предложили новый формат композитов из углеродных нанотрубок
Преимущества использования брикетов из углеродных нанотрубок для изготовления полимерных нанокомпозитов по сравнению с другими тремя типами сырья. Слева направо плотность увеличивается: supercritical expanded — распушённые, pristine — исходной плотности, masterbatch — доступный на рынке концентрат, briquettes — уплотнённые брикеты. Риск аэрозолизации и полимер-специфичность — недостатки, которых удаётся избежать (×), при этом сохраняется низкая цена ($).

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.

News article publications

Read also

Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц
Новый недорогой подход объединил в себе сразу несколько проверенных методик и показал свою эффективность: погрешность определения массы составила примерно 10%, размера и заряда — 16%, а плотности — 18%
Electrodynamics
Materials Science
Nanotechnology
New techniques
17 July 2023
Новый кристалл проявил свойства двумерных и слоистых материалов
Оптические свойства могут сделать его перспективным материалом для диэлектрической нанофотоники
Materials Science
Nanophotonics
Nanotechnology
New techniques
Optics
3 February 2023
Ученые предложили способ расчета нанотвердости
Не нужны тщательная подготовка и калибровка оборудования - все делается на компьютере
Materials Science
Mathematical modeling
Nanotechnology
New techniques
4 February 2022
Обнаружены новые особенности спирального антиферромагнетика GdRu2Si2
Международная команда физиков изучила энергетическую структуру спирального антиферромагнетика GdRu2Si2. Были обнаружены новые особенности, что позволит улучшить приборы, использующие магнитную память.
Materials Science
Nanotechnology
Spectroscopy
26 December 2023
Покрытие с наностолбиками защитит силиконовые импланты от бактерий
Ученые из МФТИ, Института биохимии и генетики УФИЦ РАН и Тамбовского государственного технического университета разработали покрытия, которые обезопасят от микробного загрязнения импланты, вживляемые в человеческий организм.
"Smart" materials
Materials Science
Nanotechnology
23 August 2023
Физики предложили более простой способ искажения идеальных метаматериалов
Таким образом они смогут эффективнее взаимодействовать со светом, что полезно для создания усовершенствованных и миниатюрных лазеров, устройств передачи информации и сенсоров
Materials Science
New techniques
Optics
20 July 2023