فیلم‌های کامپوزیتی رسانا و مستحکم با قابلیت خم شدن

پژوهشگران موفق به تولید فیلم‌های کامپوزیتی شدند که در آنها از نانولوله‌های کربنی استفاده شده است. مزیت این کامپوزیت‌ها نسبت به دیگر کامپوزیت‌های رایج آن است که استحکام مکانیکی بالایی دارند به‌طوری که با خم شدن‌های مکرر دچار ترک خوردگی نمی‌شوند.

پژوهشگران موفق به تولید فیلم‌های
کامپوزیتی شدند که در آنها از نانولوله‌های کربنی استفاده شده است. مزیت
این کامپوزیت‌ها نسبت به دیگر کامپوزیت‌های رایج آن است که استحکام مکانیکی
بالایی دارند به‌طوری که با خم شدن‌های مکرر دچار ترک خوردگی نمی‌شوند.

نانولوله‌های کربنی دارای خواص جالب توجهی هستند برای مثال خواص مکانیکی،
گرمایی و الکتریکی عالی دارند بنابراین می‌توان از این مواد در حوزه‌های
مختلف استفاده کرد. برای این کار باید بتوان نانولوله‌ها را در ساختارهایی
ماکرومقیاس نظیر فیلم‌ها و الیاف یا کامپیوزیت‌ها در آورد. متاسفانه خواص
این ترکیبات نسبت به خود نانولوله‌های کربنی بسیار ضعیف‌تر است به‌طوری که
گاهی این خواص تا ۳ برابر ضعیف‌تر از نانولوله‌های کربنی هستند.

 

 
 کینگون لی از موسسه نانوتک و
نانوبیونیک چین می‌گوید دلیل این رفتار ضعیف را می‌توان در تراز نبودن
نانولوله‌ها، برهمکنش درون نانولوله‌ای و نقص ساختاری جستجو کرد. ما در
سال‌های اخیر روشی ساده، کارا و با قابلیت تولید انبوه برای تولید
فیلم‌هایی از نانولوله‌های کربنی ارائه کرده‌ایم که در آنها نانولوله‌های
کربنی تراز شده و به‌صورت متراکمی در کنار هم قرار می‌گیرند. نتایج این
تحقیق در قالب مقاله‌ای تحت عنوان Ultrastrong, Foldable, and Highly
Conductive Carbon Nanotube Film در نشریه ACS Nano به چاپ رسیده است. در
این مقاله جزئیات ساخت فیلم‌هایی از جنس نانولوله کربنی با قابلیت خم شدن
مکرر بدون ترک برداشتن ارائه شده است.

برای تولید این فیلم‌ها، از آرایه‌های نانولوله کربنی با قابلیت تنیده شدن
استفاده شده است، این نانولوله‌ها با روش رسوب فیزیکی از فاز بخار تولید
شده‌اند. نانولوله‌ها پس از تولید، لایه به لایه به دوک چرخان وارد می‌شوند
تا در نهایت فیلم یکپارچه ساخته شود.

لی می‌گوید یک آرایه‌ای از نانولوله کربنی با طول ۱ سانتیمتر می‌تواند به
ورقه‌ نانولوله‌ای بلند به طول ۱۰ متر در آید که دارای ساختار تاب خورده
است. ضخامت فیلم نانولوله کربنی بستگی به تعداد پیچ‌های موجود در ساختار آن
دارد، پهنای این فیلم‌ها نیز از روی پهنای اولیه ورقه نانولوله تعیین
می‌شود. زمانی که این ورقه‌ها از دوک جدا شدند، به ابعاد دلخواه بریده
می‌شوند که این کار با چاقوی بسیار تیز انجام می‌شود.

نتایج این تحقیقات نشان داد که استفاده از نانولوله‌هایی با دیواره کمتر
موجب عملکرد بهتر فیلم نانولوله کربنی می‌شود. نانولوله‌های کربنی تراز شده
و متراکم استحکام فیلم را افزایش می‌دهد. همچنین نانولوله‌های کربنی تراز
شده، مسیر انتقال بار کاراتری دارند بنابراین برای استفاده در الکترودهایی
با نرخ شارژ/دشارژ بالا مناسب هستند.

لی می‌گوید این فیلم‌ها دارای چهار ویژگی بارز هستند: تراز شدگی خوب، طول
بلند، قطر کم و دانسیته تراکم بالا. همچنین فاقد آلودگی توسط سورفاکتانت
هستند. بنابراین از آنها می‌توان در تولید کامپوزیت‌های بسیار سبک،
الکترودهای انعطاف‌پذیر و فویل‌های رسانای گرمایی استفاده کرد.