• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
24.11.2022
Сколтех
415

В Сколтехе упростили использование углеродных нанотрубок в полимерных нанокомпозитах

4.6

Группа ученых из Сколтеха, Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН и финского Университета Аалто разработала универсальный и простой метод получения нанокомпозитов с углеродными нанотрубками, уплотнив для этого доступный на рынке порошок нанотрубок в брикеты. Полученные с использованием брикетов нанокомпозиты по своим характеристикам не уступают материалам из полимерных концентратов, которые значительно дороже в производстве.

Порошки углеродных нанотрубок разной плотности для изготовления полимерных нанокомпозитных материалов. Как выяснили исследователи, все три вида сырья обеспечивают одинаковое качество композитов. При этом плотный порошок удобнее в производстве / ©Тимур Сабиров / Сколтех

О новом методе сообщается в журнале Carbon. «Мы считаем, что использование брикетов из уплотненных углеродных нанотрубок может существенно ускорить развитие индустрии композитов на основе углеродных нанотрубок. Наш метод не требует больших затрат и может использоваться для широкого спектра полимерных матриц с сохранением электрических и тепловых свойств конечного материала», — рассказал ведущий автор исследования аспирант Сколтеха Хассаан Батт.

Благодаря уникальному сочетанию высокой электропроводности и теплопроводности, а также механических свойств, нанотрубки уже несколько десятилетий являются предметом активных исследований как в научной среде, так и в промышленности. Вместе с тем получившие широкое распространение полимерные нанокомпозиты на основе углеродных нанотрубок в обозримом будущем могут прочно войти в нашу повседневную жизнь, что вполне объяснимо: добавление в полимер нанотрубок в минимальных количествах не только придает материалу принципиально новые свойства, такие как электропроводность и пьезорезистивность, но и значительно улучшает его теплопроводность и механические характеристики.

Представленное в журнале Carbon исследование первоначально задумывалось как попытка добиться большей дисперсии углеродных нанотрубок внутри полимера для улучшения свойств композита. Для этой цели ученые Сколтеха и их коллеги из ИОНХ РАН решили применить метод, основанный на быстром расширении сверхкритических флюидов (он известен по англоязычной аббревиатуре RESS), ведущий к деагломерации нанотрубок, однако улучшения свойств полимерных нанокомпозитов не добились. Тогда было решено подойти к вопросу с противоположной стороны.

Один из авторов и основных исполнителей работы, аспирант Сколтеха Илья Новиков, рассказывает: «Убедившись, что в результате быстрого расширения суспензии нанотрубок их насыпная плотность уменьшается в 10 раз, но свойства композита при этом не меняются, мы решили пойти от обратного и попробовали уплотнить порошок в надежде, что сжатие не приведёт к ухудшению характеристик материала. Мотивация также состояла в том, что более высокая плотность упаковки нанотрубок должна упростить условия производства и решить проблему их нежелательной аэрозолизации, которая создает риски для здоровья персонала».

Различие в плотности между одностенными углеродными нанотрубками, использованными в исследовании: RESS — распушенные, pristine — исходной плотности, briquettes — уплотненные в брикеты, MB — концентрат трубок, заранее диспергированных в полимере. Масса цилиндров одинаковая / ©Хассаан Батт и другие / Carbon

Авторы кардинально изменили вектор исследования, сосредоточившись на изучении влияния плотности порошка углеродных нанотрубок на свойства итогового материала. Для увеличения насыпной плотности исходные порошки нанотрубок спрессовали пневматическим способом, а затем тщательно проанализировали свойства эпоксидных нанокомпозитов, полученных из порошков четырех типов: исходного, «распушенного» методом RESS, спрессованного в брикеты и стандартного концентрата в виде нанотрубок, предварительно диспергированных в полимере производителем. Ученые с удивлением обнаружили, что все исследуемые свойства, включая морфологию, электропроводность, теплопроводность и термическую стабильность, у всех четырех композитов оказались одинаковыми, вне зависимости от насыпной плотности нанотрубок. 

Преимущества использования брикетов из углеродных нанотрубок для изготовления полимерных нанокомпозитов по сравнению с другими тремя типами сырья. Слева направо плотность увеличивается: supercritical expanded — распушенные, pristine — исходной плотности, masterbatch — доступный на рынке концентрат, briquettes — уплотненные брикеты. Риск аэрозолизации и полимер-специфичность — недостатки, которых удается избежать, при этом сохраняется низкая цена / ©Хассаан Батт и другие / Carbon
 

«Как это ни удивительно, но у всех полученных композитов практически одинаковыми оказались не только электрические, но и тепловые свойства. Мы смогли это объяснить сходным пространственным распределением нанотрубок в эпоксидной смоле. Но что ещё интереснее — получается, наши брикеты ничуть не уступают по своим свойствам довольно дорогому и подходящему лишь для конкретного полимера промышленному концентрату. При этом брикеты гораздо удобнее и безопаснее в использовании, чем порошок исходной плотности и тем более распушенный», — прокомментировал результаты исследования его руководитель, профессор Сколтеха Альберт Насибулин.

Уплотненный и разрыхленный порошок углеродных нанотрубок для изготовления полимерных композитных материалов. Как выяснили исследователи, оба вида сырья обеспечивают одинаковое качество композитов. При этом плотный порошок удобнее в производстве / ©Хассаан Батт / Сколтех

Углеродные нанотрубки — сверхлегкий материал, подверженный самопроизвольной аэрозолизации. Из-за этого с ним тяжело работать и возникают дополнительные риски с точки зрения охраны здоровья персонала. Предложенные авторами исследования брикеты — простое, дешевое и масштабируемое решение этой ключевой для изготовления нанокомпозитов в лабораториях и на производстве проблемы, которое выросло из попытки преодолеть совсем другую технологическую трудность.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
11 часов назад
Андрей

Международная группа геологов выяснила, когда начал отступать антарктический ледник Туэйтса, который называют «ледником Судного дня».

Вчера, 15:05
Ольга Иванова

Немецкие ученые изучили Danionella cerebrum — небольшой вид рыб длиной около 12 миллиметров. И выяснили, как эта крошка способна издавать звуки более 140 децибел.

26 февраля
Полина

Детские рисунки содержат ценную информацию о том, что знают и как мыслят их авторы. Особенности развития в возрасте от двух до 10 лет изучили специалисты из Стэнфордского университета в США.

26 февраля
Дарья Губина

В 2022 году зонд DART столкнулся с Диморфом, спутником астероида Дидим. Ученые хотели проверить, можно ли сбить с траектории небольшое, но потенциально опасное для нашей жизни космическое тело. Оказалось, DART не только изменил орбиту маленького объекта, но и полностью его «переворошил».

25 февраля
Руслан Руслан

Компания Neuralink, при помощи которой предприниматель Илон Маск надеется совершить революцию в интерфейсах «мозг-компьютер» (BCI), впервые имплантировала человеку устройство «чтения мыслей». Об этом Маск сообщил в твите, опубликованном 29 января. Однако, некоторые обеспокоены отсутствием прозрачности вокруг имплантата, который должен дать возможность управлять устройствами посредством мысли. Реакции ученых и экспертов на это событие обобщает медиа-редакция Nature, а Naked Science приводит перевод этой статьи.

26 февраля
Юлия Трепалина

Немецкие ученые рассказали о преимуществах новой технологии промышленного производства яблочного сока — с помощью метода спирального пресса с фильтрацией (spiral filter press). Исследователи установили, что он позволяет в четыре раза увеличить содержание в соке полезных для здоровья веществ по сравнению с более традиционным способом отжима.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

22 февраля
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: