ابداع روشی برای جاسازی نانولوله‌های کربنی در کامپوزیت‌های پلیمری

روش‌های کنونی ساخت کامپوزیت‌های پلیمری که دارای نانولوله‌های کربنی است (قرار
دادن نانولوله‌های کربنی در محلول پلیمری مذاب)، بسیار پیچیده، پرهزینه و
زمان‌بر است، ضمن آنکه در پلیمرهای غیر محلول یا حساس به دما نیز قابل اجرا
نیستند، زیرا موجب تجزیه‌ی این پلیمرها می‌شوند. یکی از انواع پرکاربرد و
شناخته‌شده‌ی کامپوزیت‌های پلیمری، کولار (Kevlar) است که از جمله کاربردهای آن
ساخت جلیقه‌های ضد گلوله و سپر خودروهاست. با این حال این ماده در هیچیک از
حلال‌های معمولی حل نشده، فاقد نقطه‌ی ذوب هستند و در دمای بیش از ۴۰۰°C هم
تجزیه می‌شوند، همچنین تولید الیاف این ماده تنها طی فرایند نخ‌ریسی مرطوب‌شده
با محلول اسید سولفوریک امکان‌پذیر است.

اخیراً جمعی از محققان ایرلندی در دانشگاه دوبلین و مرکز تحقیقات مواد
نانوساختار (CRANN)، موفق به دستیابی روشی مؤثر برای جای‌دهی نانولوله‌های
کربنی در کامپوزیت‌های پلیمری، به‌ویژه کولار شده‌اند. در این روش کاملاً جدید
و متفاوت، نخ‌ها یا الیاف تجاری کولار پس از شکل‌‌گیری کامل، به مدت معینی در
مخلوط معلقی از نانولوله‌های کربنی و یک پلیمر آلی (NMP) (ان‌– متیل پیرولیدین)
قرار گرفته، با ایجاد یک حمام مافوق صوت، نوعی کامپوزیت جدید کولار- نانولوله
با خواص مکانیکی بهبودیافته را ایجاد می‌کنند. این محققان دریافتند که طی این
فرایند تمامی شاخص‌های مکانیکی این ماده (از جمله مدول یانگ، کشش در حال بدون
بار و سختی) بهبود قابل توجهی یافته‌است. این در حالی بود که نانولوله‌های
اضافه‌شده تنها چیزی بین ۷۵/۱-۱ درصد از وزن رشته‌های کولار را تشکیل می‌دادند.

آنها امیدوارند بتوانند از این روش در سایر نانوسیستم‌ها و مواد پلیمری
(به‌عنوان مثال جای‌دهی نانوذرات، نانولوله‌ها، نانوسیم‌ها و دیگر نانومواد در
نخ‌ها، رشته‌ها و فیلم‌های پلیمری پیش‌ساخته) استفاده کنند و به این ترتیب
فرصت‌های کاملاً جدیدی را در حوزه‌ی وسیع و مهم نانوکامپوزیت‌های پلیمری پدید
آورند.

به عقیده‌ی محققان، این کامپوزیت‌های جدید کاربردهای فراوان و مهمی خواهند
یافت. یکی از کاربردهای نویدبخش در این عرصه، تولید کامپوزیت‌های پلیمری
نانولوله‌‌ی کربنی رسانا (اعم از فیلم و سیم) است که می‌تواند به‌عنوان الکترود
در نمایشگرهای انعطاف‌پذیر، الکترونیک کاغذی، پیل‌های خورشیدی و ابزارهای
الکترونیکی مختلف استفاده شود. یکی دیگر از زمینه‌های تحقیقاتی بسیار نویدبخش
در آینده، استفاده از نانولوله‌های کربنی به‌عنوان افزودنی‌های تقویت‌کننده در
انواع مختلف رشته‌ها و فیلم‌های پلیمری است. کاربردهای بالقوه‌ای که برای این
مواد پلیمری – نانولوله‌ای جدید و فوق‌العاده محکم وجود خواهد داشت، عبارتند
از: ساخت جلیقه‌های ضد گلوله، لباس‌های محافظ، کامپوزیت‌های دارای عملکرد بالا
برای استفاده در صنایع خودروسازی و هواپیما‌سازی (مثلاً در کمربندها، کابل‌ها و
تقویت لاستیک‌ها، بخش داخلی ترمزها، سپرها و… )

البته توسعه‌ی این روش همچنان با چالش‌هایی روبه‌رو است که از آن جمله می‌توان
به لزوم تهیه‌ی مخلوط‌های معلق پایدار از نانوذرات عامل‌دارشده‌ی جدید، ضرورت
قابل بازیابی بودن حلال مورد استفاده (برای آنکه این روش ارزش تجاری داشته و
دوستار محیط زیست به شمار آید) و اهمیت یافتن راهکاری برای رفع سمیت احتمالی
این نانوکامپوزیت‌های پلیمری جدید اشاره نمود. گفتنی است یافته‌های این محققان
در مقاله‌ای در شماره‌ی ۲ فوریه‌ی ۲۰۰۹ مجله‌ی Small به‌صورت آن‌لاین منتشر
شده‌است.