محققان مؤسسه ملی علوم مواد در ژاپن و دانشگاه توکیو مفهوم جدیدی برای ماکروساختارهای سه‌بعدی سرامیکی نانولوله‌های کربنی چندجداره ارائه کرده‌اند. این راهبرد جدید نه تنها خواص انتقال و اتصال شبکه‌ای این ماکروساختار سه‌بعدی نانولوله‌ای بلکه تحمل کشش آن را نیز اصلاح می‌کند.
ماکروساختار سه‌بعدی سرامیکی نانولوله‌ای با خواص بی‌نظیر
|
در یک مطالعه جدید محققان مؤسسه ملی علوم مواد ژاپن و دانشگاه توکیو مفهوم جدیدی برای ماکروساختارهای سه‌بعدی بسیار متراکم سرامیکی نانولوله‌های کربنی چندجداره ارائه کرده‌اند. این راهبرد جدید نه تنها خواص انتقال و اتصال شبکه‌ای این ماکروساختار سه‌بعدی نانولوله‌ای بلکه تحمل کشش آن را نیز اصلاح می‌کند.
نانولوله‌های کربنی چندجداره در مقایسه با نانولوله‌های تک‌جداره‌ی بسیار گران، کاندیدای مناسب‌تری برای عملی کردن این مفهوم جدید هستند. همچنین این نانولوله‌ها حاوی جداره‌های کربنی بیشمارِ باکیفیتِ بی‌نقص متراکمی هستند که می‌توان از آنها در رسانش الکتریسیته یا تحمل بار به‌طور موثری بهره جست.
تصاویر میکروسکوپ الکترونی عبوری (a) (TEM وg-c) و طیف‌های رامان (b) نانولوله‌های چندجداره در پودر هیبریدی و هیبرید سه‌بعدی کاملا متراکم.
مهدی استیلی، محقق اصلی این مطالعه، می‌گوید: «سرامیک‌های متراکم نانولوله چند‌جداره‌ای برای زمینه‌های متنوعی از قبیل تولید توان ترموالکتریک، زیست‌مواد، سرامیک‌های چند عملکردی مقاوم به شوک حرارتی و تحمل‌کننده فشار، طراحی و ساخت اجزاء مرکب مهندسی سرامیک- فلز، افزاره‌های پراکنده‌کننده بار الکترواستاتیکی، ساخت تخلیه‌کننده بار الکتریکی و موارد بسیار دیگر، جذاب هستند.»
این گروه تحقیقاتی به متراکم‌ترین ماکروساختار سه‌بعدی (۲۰% حجمی) از نانولوله‌های چندجداره منفرد در یک محیط سرامیکی دست یافته است. این محققان از یک روش کلوئیدی آبکی مقیاس‌پذیر و بلافاصله بعد از آن از یک فرآیند متراکم‌سازی تقویت‌شده با جریان DC پالسی و فشار سریع استفاده کردند. این فرآیند متراکم‌سازی معروف به سینترینگ تقویت‌شده با جریان الکتریکی پالسی (ECAS) یا سینترینگ پلاسمای جرقه (SPS) است. آنها همچنین خواص انتقال و عملکرد ماکروساختار سه‌بعدی نانولوله‌ای خود را شرح دادند.
استیلی می‌گوید: «ماکروساختار سه‌بعدی نانولوله‌ای ما که به‌طور مناسبی در یک محیط سرامیکی آلومینایی قرار داده می‌شود، یک ضریب هدایت الکتریکی شبکه‌ای استثنایی و ضریب هدایت DC نزدیک ۵ هزار زیمنس بر متر نشان می‌دهد.» او توضیح می‌دهد که این خواص انتقال قابل‌توجه از کشش داخلی تشکیل شده به‌وسیله بلورهای سرامیکی ناشی می‌شود. این کشش داخلی منجر به اتصال و بهره‌گیری از دیواره‌های داخلی بیشمار معمولا بی‌استفاده‌ی نانولوله‌های چندجداره منفرد بعنوان مسیرهای هدایت جدید و همچنین تشکیل تماس‌های موضعی نانولوله- نانولوله می‌شود.
او اضافه می‌کند: «بنابراین این ماکروساختار سه‌بعدی متراکم نانولوله‌ای کشش – به – شکست این ماده سرامیکی را به شدت تقویت می‌کند؛ بدون اینکه در استحکام و زبری آن تغییر ایجاد کند.»
این محققان جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Advanced Materials منتشر کرده‌اند. |
