به تازگی رویکرد جدیدی برای تولید نانوالیاف کربنی با کارایی بالا (CNF) ارائه شده است که می‌تواند بر محدودیت‌های روش‌های رایج غلبه کند. با این روش نانوالیاف کربنی بدون نقص ساختاری و به صورت پیوسته تولید می‌شوند.
رویکرد جدیدی برای تولید نانوالیاف کربنی با کارایی بالا ارائه شد
پژوهشگران در این روش، با ترکیب افزودنی‌های نانوساختار و کربونیزه‌کردن الیاف پلی آکریلونیتریل (PAN) اقدام به تولید نانوالیاف جدید کردند.
تقاضای بالا برای مواد پیشرفته با خواص مکانیکی و الکتریکی برتر، موجب شده تا توجه زیادی به سوی CNF ها جلب شود. CNF ها به دلیل استحکام مکانیکی، رسانایی الکتریکی و پایداری حرارتی ارزش بالایی دارند، که آن‌ها را برای کاربردهایی مانند تقویت مواد کامپوزیتی و ساخت الکترود در دستگاه‌های ذخیره انرژی ایده‌آل می‌کند.
با این حال، روش‌های ساخت سنتی مانند الکتروریسی اغلب نقص‌هایی مانند دانه‌بندی و کلوخه شدن را ایجاد می‌کنند که می‌تواند عملکرد محصول نهایی را کاهش دهد. چالش در افزایش این ویژگی‌ها در یکپارچگی ساختاری و یکنواختی در سراسر نانوالیاف نهفته است.
این پروژه بر اهمیت دستیابی به آرایشی از نانوالیاف PAN در هر دو سطح میکروسکوپی و ماکروسکوپی برای بهبود خواص CNF تاکید می‌کند. اگرچه تحقیقات قبلی روش‌هایی را برای افزایش کیفیت CNF مورد بررسی قرار داده‌اند، اما رویکرد جامعی که نانوساختار افزودنی را با کربنیزه کردن مؤثر ادغام کند، هنوز ارائه نشده است.
در این پروژه محققان روشی سیستماتیکی برای تولید نانوالیاف کربنی با کیفیت بالا ارائه کردند. این فرآیند با تهیه الیاف PAN آغاز می‌شود و به دنبال آن با یک روش نانوشکل‌دهی، فرآیند به گونه‌ای دستکاری می‌شود تا یک محیط کنترل شده برای تشکیل نانوالیاف یکنواخت ایجاد شود. مدل‌های ریاضی برای هدایت فرآیند نانوشکل‌دهی ایجاد شدند که امکان کنترل دقیق قطر و مورفولوژی الیاف را فراهم می‌کرد.
پس از تشکیل الیاف PAN، محققان یک مرحله کربنیزاسیون را برای تبدیل پلیمر به نانوالیاف کربنی اجرا کردند. این مرحله برای به حداقل رساندن عیوب و دستیابی به درجه بالایی از بلورینگی بهینه شده است که برای خواص ساختاری محصول نهایی بسیار مهم است.
روش‌های مختلف مشخصه‌یابی، از جمله میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) و میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM)، برای تجزیه و تحلیل مورفولوژی و یکپارچگی ساختاری نانوالیاف استفاده شد. این تحلیل‌ها اطلاعات دقیقی در مورد قطر الیاف، زبری سطح و آرایش آن‌ها ارائه می‌کنند که ارزیابی کاملی از فرآیند ساخت را امکان‌پذیر می‌کند.
این مطالعه تولید موفقیت‌آمیز نانوالیاف کربن پیوسته با خواص مکانیکی و الکتریکی پیشرفته را نشان داد. فرآیندهای بهینه‌سازی نانوشکل‌دهی و کربنیزه کردن، نانوالیاف‌هایی با قطرهای یکنواخت و کمترین نقص را ارائه داد.
