Пробив: Нови проводници от въглеродни нанотръбички показват рекордна проводимост

Изследователи от Китай са създали високоустойчиви двойностенни въглеродни нанотръбички, които предлагат рекордна проводимост.

DWCNTF притежават рекордна електропроводимост от 1,1 × 10⁷ S/m и могат да пренасят висока плътност на тока от 8,0 × 10⁸ A/m². Те се отличават и със силна якост на опън от 1,65 GPa и издръжливост от 130,9 MJ/m³, които са сред най-добрите за влакната от въглеродни нанотръбички.

Според екипа от Националната лаборатория по материалознание в Шънян материалът може да се използва в аерокосмическата и други критични индустрии, включително за съхранение на енергия.

Това е страхотна новина на фона на необходимостта от високоефективни влакна с отлична електропроводимост, здравина и издръжливост, които да заменят конвенционалната мед в различни приложения. Въглеродните нанотръбички (CNT) са идеални поради отличните си свойства, но тези предимства намаляват, когато CNT се произвеждат в големи влакна.

Според изследователите при процеса мокрото предене, който е широко разпространен метод за изработване на CNT влакна, се постига висока проводимост и разумна здравина, но все още не достига такава в сравнение с отделните CNT поради контактното съпротивление и слабите взаимодействия между тях.

Подреждането и опаковането на CNT са ключови фактори, влияещи върху ефективността на влакната. Пукнатините, образувани по време на производството на влакната от неравномерната дифузия във ваната също понижава производителността, като създава неправилни пори.

За да се справят с тези предизвикателства, изследователите подобриха влакната от въглеродни нанотръбички, използвайки усъвършенстван метод, който подобрява качеството на влакната чрез по-добро подреждане на полимерите и намаляване на пукнатините, но досега не е използвана за DWCNTF.

В проучването изследователите използват този метод за създаване на DWCNTF с висока проводимост и ампераж. Те успешно са произвели дълги DWCNT с високо молекулно тегло и стабилна въздушна междина, постигайки отлично подравняване и плътност.

Според екипа DWCNTF притежават висок коефициент на ориентация от 0,994 и плътност от 1,96 g/cm³. Изследванията на екипа разкриват, че техните влакна постигат рекордно висока електропроводимост, достигаща 86% от електропроводимостта на медта, което е критерий за отлични електрически характеристики.

В допълнение към впечатляващата проводимост, влакната показват якост на опън от 1,65 гигапаскала (GPa), което е едно от най-високите стойности на влакната, произведени по този метод.

Изследователите оценяват и издръжливостта на влакната и установяват, че както целостта, така и проводимостта им се запазват дори след повече от 5000 цикъла на огъване.

Според екипа подобряването на характеристиките на влакната е насочено към преодоляване на предишни предизвикателства, свързани със съпротивлението при контакт и слабите взаимодействия между тръбичките, като бележи значително подобрение в технологията на влакната от въглеродни нанотръбички.

Понастоящем въглеродните влакна са стандарт за високоефективни материали в напреднали сектори като космическата индустрия, като Airbus и Boeing използват подсилени с въглеродни влакна композити в своите самолетни модули.

Въглеродните нанотръбички обаче могат да надминат въглеродните влакна, като осигурят още по-голяма ефективност и открият нови възможности за използване. Те са признати за един от най-революционните материали от откриването им през 1991 година. Изследователите усъвършенстват продукцията си повече от 20 години, а Китай е в челните редици както на научните изследвания, така и на оптимизацията.