Текстильные изделия из углеродных нанотрубок

 


Углеродные нанотрубки обладают уникальными механическими характеристиками, что проявляется в рекордной величине модуля Юнга индивидуальных УНТ, достигающей терапаскалей. Однако практическая реализация столь высоких прочностных свойств возможна лишь в результате перехода от образцов индивидуальных УНТ к макроскопическим объектам на их основе.

Первые шаги на пути к решению этой проблемы предприняты сотрудниками химического факультета Техасского университета в Далласе (США) (Y.H. Li et al., J. Phys.: Conf. Series 61, 698 (2007)), которые разработали процедуру получения пряжи и тканей на основе УНТ. В качестве исходного материала для получения пряжи используется плотный массив многослойных нанотрубок высотой около 200 мкм, полученный в результате термокаталити­ческого разложения ацетилена при температуре около 1000 К над кремниевой подложкой, покрытой наночастицами железа, которые играют роль катализатора. Для превращения такого массива в пряжу применена стандартная процедура скручивания, которая лежит в основе классического текстильного производства. Эта процедура иллюстрируется микрофотографиями, представленными на рис.


Рис. Полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа микрофотографии, иллюстрирующие процедуру получения пряжи диаметром 3 мм и длиной 250 мм из массива УНТ: A) общий вид; B) характер сворачивания УНТ; C) детали формирования нитей; D) структура пряжи, содержащей свыше 100000 индиви­дуальных УНТ
Максимально наблюдаемая жесткость полученной из массива УНТ высотой 550 мм пряжи, что определяемая как удельная энергия, затрачиваемая на ее разрыв, составляет 27 Дж/г, что сопоставимо с соответствующей величиной (33Дж/г) для углеродных волокон. Однако, в отличие от углеродных волокон, УНТ пряжа не испытывает катастрофической потери прочности при механическом, химическом, радиационном или тепловом воздействии.

Ткань на основе УНТ получают из массива УНТ посредством вытягивания без использования процедуры скручивания. Прочное полотно получается при скорости вытягивания до 30 м/мин, что сравнимо со скоростью получения шерстяных нитей (20 м/мин.). Так, из массива УНТ высотой 245 мкм удалось получить полотно длиной около 3 м. Уплотнение позволило уменьшить толщину полотна до 50 нм при удельной плотности 30 мг/м2. Измерения показывают, что удельная прочность такого полотна 120—140 МПа/(г/см3), удельное сопротивление — около 500 Ом/см2, а работа выхода электрона равна 5,2 эВ.

Сочетание высоких механических качеств с электропроводностью и прозрачностью открывает значительные перспективы использования пряжи и тканей на основе УНТ в качестве материала для искусственных мускулов, в качестве прозрачных электродов, в качестве нагреваемых покрытий для оконных стекол и т. п.

Источник: NanoNewsNet.ru