رکورد رسانایی با سیم‌های نانولوله کربنی جدید شکست

محققان چینی نانولوله کربنی بسیار بادوامی ساخته‌اند که می‌گویند رسانایی رکوردشکنی دارد.

الیاف نانولوله کربنی دو جداره(DWCNTFs) با استفاده از روش «ریسندگی مرطوب با جت خشک»( dry-jet wet spinning) ساخته می‌شوند. این تکنیک تراز و چگالی نانولوله‌های کربنی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.

به گزارش ایسنا، الیاف نانولوله کربنی دو جداره به دست آمده با این روش، هدایت الکتریکی رکوردشکن را نشان می‌دهند و می‌توانند چگالی جریان بالایی را حمل کنند. آنها همچنین دارای استحکام کششی قوی 1.65 گیگا پاسکال هستند.

به گفته تیم آزمایشگاه ملی علوم مواد شن‌یانگ(Shenyang)، این ماده می‌تواند در هوافضا و سایر صنایع مهم از جمله ذخیره انرژی استفاده شود.

نوآوری پیشرفته الیاف نانولوله کربنی دو جداره

الیافی با کارایی بالا و هدایت الکتریکی قوی، استحکام و سختی عالی برای جایگزینی مس معمولی در کاربردهای مختلف مورد نیاز است.

نانولوله‌های کربنی(CNT) به دلیل خواص قوی‌شان ایده‌آل هستند، اما وقتی نانولوله‌ها به الیاف بزرگ تبدیل می‌شوند، این مزایا کاهش می‌یابد.

به گفته محققان، ریسندگی مرطوب روشی متداول برای ساخت الیاف CNT است که به رسانایی بالا و استحکام معقول دست می‌یابد، اما به دلیل مقاومت در برابر تماس و برهم‌کنش‌های ضعیف بین آنها، همچنان در مقایسه با نانولوله‌های کربنی منفرد کم می‌آورد.

تراز و بسته‌بندی نانولوله‌های کربنی عوامل کلیدی موثر بر عملکرد الیاف هستند. تَرَک‌های ایجاد شده در طول تولید الیاف از انتشار ناهموار نیز با ایجاد منافذ نامنظم عملکرد را کاهش می‌دهند.

محققان برای مقابله با این چالش‌ها الیاف نانولوله کربنی را با استفاده از روش پیشرفته «ریسندگی مرطوب با جت خشک» بهبود دادند. این تکنیک کیفیت الیاف را با تراز کردن بهتر پلیمرها و کاهش ترک‌ها بهبود می‌بخشد که تاکنون برای نانولوله‌های کربنی استفاده نشده بود.

محققان در این مطالعه از این روش برای ساخت الیاف نانولوله کربنی دو جداره با رسانایی و حمل جریان بالا استفاده کردند. آنها با موفقیت الیاف نانولوله کربنی دو جداره بلند و با وزن مولکولی بالا را با شکاف هوای پایدار ساختند و به تراز و چگالی عالی دست یافتند.

رسانایی رکوردشکن الیاف نانولوله کربنی دو جداره

تحقیقات این تیم نشان می‌دهد که این الیاف، رسانایی الکتریکی بی‌سابقه‌ای را به دست می‌آورند و به 86 درصد رسانایی مس می‌رسند که معیاری برای عملکرد الکتریکی متعالی است.

این الیاف علاوه بر رسانایی چشمگیر، دارای استحکام کششی 1.65 گیگا پاسکال هستند که یکی از بالاترین استحکام‌ها در الیاف تولید شده با این روش است.

محققان همچنین دوام این الیاف را ارزیابی کردند و دریافتند که یکپارچگی و رسانایی آنها حتی پس از بیش از 5000 چرخه خمش همچنان حفظ می‌شود.

به گفته این تیم بهبود عملکرد الیاف، چالش‌های قبلی مربوط به مقاومت تماسی و برهمکنش‌های ضعیف بین لوله‌ای را برطرف می‌کند که نشان‌دهنده پیشرفت قابل ‌توجهی در فناوری الیاف نانولوله‌های کربنی است.

الیاف یا فیبر کربن در حال حاضر استانداردی برای مواد با کارایی بالا در بخش‌های پیشرفته مانند هوافضا است و شرکت‌های ایرباس و بوئینگ از کامپوزیت‌های تقویت‌شده با فیبر کربن در ماژول‌های هواپیمای خود استفاده می‌کنند.

اما نانولوله‌های کربنی ممکن است عملکرد بهتری از فیبر کربن داشته باشند و کارایی بیشتری را فراهم کنند و راه‌های جدیدی را برای استفاده باز کنند.

نانولوله‌های کربنی از زمان کشف در سال 1991 به عنوان یکی از انقلابی‌ترین مواد شناخته شده‌اند. محققان بیش از 20 سال است که تولیدات خود را با آنها بهبود می‌بخشند و چین در خط مقدم تحقیقات و بهینه‌سازی آنها قرار دارد.

گروه شن‌یانگ با ایجاد دستگاه جدیدی که نانولوله‌ها را فشرده و تراز می‌کند، فرآیند ریسندگی را بهبود بخشیده است.

جزئیات این پژوهش در مجله Advanced Functional Materials منتشر شده است.