Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Бакайбумага из углеродных нанотрубок

Buckypaper - тонкий лист, сделанный из совокупности углеродных нанотрубок [1] или сетчатой ​​бумаги из углеродных нанотрубок. Нанотрубки примерно в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Первоначально он был изготовлен как способ работы с углеродными нанотрубками, но он также изучается и разрабатывается для применения несколькими исследовательскими группами, показывая многообещающие возможности в качестве автомобильной брони , личной брони , а также электроники и дисплеев следующего поколения .

Фон [ править ]

Buckypaper - это макроскопический агрегат углеродных нанотрубок (УНТ), или «бакитуберов». Он обязан своим названием бакминстерфуллерену , фуллерену из 60 атомов углерода ( аллотроп углерода с аналогичными связями, который иногда называют «баккиболом» в честь Р. Бакминстера Фуллера ). [1]

Синтез [ править ]

Общепринятые способы изготовления CNT пленок включает использование неионных поверхностно -активных веществ , таких как Тритон Х-100 [2] и лаурилсульфат натрия , [3] , который улучшает их диспергируемости в водном растворе. Затем эти суспензии можно фильтровать через мембрану при положительном или отрицательном давлении, чтобы получить однородные пленки. [4] Сила Ван-дер-Ваальса.Взаимодействие между поверхностью нанотрубки и поверхностно-активным веществом часто может быть механически прочным и довольно стабильным, поэтому нет никаких гарантий, что все поверхностно-активное вещество будет удалено из пленки УНТ после образования. Было обнаружено, что промывание метанолом, эффективным растворителем для удаления Triton X, вызывает растрескивание и деформацию пленки. Также было обнаружено, что Тритон X может приводить к лизису клеток и, в свою очередь, к воспалительным реакциям тканей даже при низких концентрациях. [5]

Чтобы избежать неблагоприятных побочных эффектов от возможного присутствия поверхностно-активных веществ, можно использовать альтернативный процесс литья, включающий метод сжатия фриттой, который не требует использования поверхностно-активных веществ или модификации поверхности. [6]Размеры можно контролировать с помощью размера корпуса шприца и массы добавленных углеродных нанотрубок. Их толщина обычно намного больше, чем толщина клейкой бумаги, отлитой из поверхностно-активного вещества, и была синтезирована от 120 мкм до 650 мкм; в то время как не существует системы номенклатуры для определения толщины образцов, которые должны быть классифицированы как бумага, образцы с толщиной более 500 мкм называются бакидисками. Метод сжатия фритты позволяет быстро отливать бакайбумаги и бакидисков с восстановлением литейного растворителя и контролем 2D и 3D геометрии.

Рост ориентированных многослойных углеродных нанотрубок (MWNT) был использован в синтезе пленок CNT посредством эффекта домино . [7] В этом процессе «леса» многослойных углеродных нанотрубок выталкиваются в одном направлении, сжимая их вертикальную ориентацию в горизонтальной плоскости, что приводит к формированию глянцевой бумаги высокой чистоты, не требующей дополнительной очистки или обработки. Для сравнения, когда образец клейкой бумаги был сформирован в результате сжатия 1 тонны химического осаждения из паровой фазы (CVD) с образованием порошка MWNT, любое нанесение растворителя приводило к немедленному набуханию пленки до тех пор, пока она не превратилась в твердые частицы. Похоже, что для используемого порошка УНТ одного сжатия было недостаточно для создания прочной толстой бумаги, и подчеркивает, что методология согласованного роста даетВзаимодействия трубка-трубка in situ не обнаруживаются в порошке CVD-УНТ и сохраняются вплоть до образования застывшей бумаги, выталкивающей домино.

Недавно [8] был разработан новый масштабируемый метод изготовления пленки CNT: технология поверхностного литья ленты (SETC). Метод SETC решает главную проблему отливки ленты, которая заключается в отделении высушенной и обычно липкой пленки УНТ от несущей подложки. Чтобы получить идеально отслоившуюся пленку, несущая подложка должна иметь морфологию пористой структуры микропирамиды. SETC производит пленки большой площади из любых имеющихся в продаже углеродных нанотрубок с регулируемой длиной, толщиной, плотностью и составом.

Свойства [ править ]

Сравнительное испытание пламенем самолетов, изготовленных из целлюлозы , углеродистой клейкой бумаги и неорганической клейкой бумаги с нанотрубками из нитрида бора. [9]

Buckypaper - одна десятая веса, но потенциально в 500 раз прочнее стали, когда ее листы складываются в композит. [1] Он мог рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний. [1]

Приложения [ править ]

Среди возможных вариантов использования клейкой бумаги, которые исследуются:

  • Противопожарная защита: материал покрытия тонким слоем клейкой бумаги значительно улучшает ее огнестойкость за счет эффективного отражения тепла плотным, компактным слоем углеродных нанотрубок или углеродных волокон. [10]
  • При воздействии электрического заряда клейкую бумагу можно использовать для освещения экранов компьютеров и телевизоров. Он мог бы быть более энергоэффективным, легким и мог бы обеспечивать более равномерный уровень яркости, чем современные технологии с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и жидкокристаллическими дисплеями (ЖКД).
  • Поскольку отдельные углеродные нанотрубки являются одним из наиболее известных теплопроводных материалов, клейкая бумага позволяет разработать теплоотводы, которые позволили бы компьютерам и другому электронному оборудованию рассеивать тепло более эффективно, чем это возможно в настоящее время. Это, в свою очередь, может привести к еще большему прогрессу в электронной миниатюризации.
  • Пленки также могут защитить электронные схемы и устройства в самолетах от электромагнитных помех, которые могут повредить оборудование и изменить настройки. Точно так же такие пленки могут позволить военным самолетам экранировать свои электромагнитные «сигнатуры», которые можно обнаружить с помощью радара.
  • Bucky paper может действовать как фильтрующая мембрана, задерживая микрочастицы в воздухе или жидкости. Поскольку нанотрубки в клейкой бумаге нерастворимы и могут быть функционализированы различными функциональными группами, они могут выборочно удалять соединения или действовать как сенсор.
  • Композитная бумага Buckypaper, производимая в достаточно больших количествах и по экономически приемлемой цене, может служить эффективным броневым покрытием.
  • Buckypaper можно использовать для выращивания биологических тканей, например нервных клеток. Buckypaper можно электрифицировать или функционализировать, чтобы стимулировать рост определенных типов клеток.
  • Коэффициент Пуассона для клейкой бумаги с углеродными нанотрубками можно контролировать, и он демонстрирует ауксетическое поведение, которое можно использовать в качестве искусственных мышц.
  • Электродные материалы для суперконденсаторов , [11] литий-ионных батарей , [12] [13] [14] и проточных ванадиевых окислительно-восстановительных батарей . [15] [16] [17]

См. Также [ править ]

  • Сжатие фритты
  • Углеродная нанотрубка
  • Бумага из оксида графена
  • Возможные применения углеродных нанотрубок
  • Графен

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Качор, Билл (17 октября 2008 г.). «Самолеты будущего, автомобили могут быть сделаны из« толстой бумаги » » . USA Today . Проверено 18 октября 2008 .
  2. ^ в het Panhuis M, Salvador-Morales C, Franklin E, Chambers G, Fonseca A, Nagy JB (2003). «Характеристика взаимодействия между функционализированными углеродными нанотрубками и ферментом». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 3 (3): 209–13. DOI : 10,1166 / jnn.2003.187 . PMID 14503402 . 
  3. Перейти ↑ Sun J, Gao L (2003). «Разработка процесса диспергирования углеродных нанотрубок в керамической матрице методом гетерокоагуляции». Углерод . 41 (5): 1063–1068. DOI : 10.1016 / S0008-6223 (02) 00441-4 .
  4. ^ Vohrer U, Kolaric I, Хак MH, Roth S, Detlaff-Weglikowska U (2004). «Листы углеродных нанотрубок для использования в качестве искусственных мышц». Углерод . 42 (5–6): 1159–1164. DOI : 10.1016 / j.carbon.2003.12.044 .
  5. ^ Корнетт JB, Shockman GD (1978). «Клеточный лизис Streptococcus faecalis, индуцированный тритоном X-100» . Журнал бактериологии . 135 (1): 153–60. PMC 224794 . PMID 97265 .  
  6. Перейти ↑ Whitby R, Fukuda T, Maekawa T, James SL, Mikhalovsky SV (2008). «Геометрический контроль и настраиваемое распределение пор по размеру бумажных и буферизованных дисков». Углерод . 46 (6): 949–956. DOI : 10.1016 / j.carbon.2008.02.028 .
  7. Перейти ↑ Wang D, Song PC, Liu CH, Wu W, Fan SS (2008). «Бумага с высокоориентированными углеродными нанотрубками, изготовленная из ориентированных углеродных нанотрубок». Нанотехнологии . 19 (7): 075609. Bibcode : 2008Nanot..19g5609W . DOI : 10.1088 / 0957-4484 / 19/7/075609 . PMID 21817646 . 
  8. ^ Susantyoko, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алкоори, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Технология изготовления отливки ленты с поверхностной инженерией для коммерциализации отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок» . Журнал Материалы ХИМИИ . 5 (36): 19255–19266. DOI : 10.1039 / c7ta04999d . ISSN 2050-7488 . 
  9. ^ Ким, Кеун Су; Якубинек, Майкл Б .; Мартинес-Руби, Ядиенка; Ашрафи, Бехнам; Гуань, Цзинвэнь; О'Нил, К .; Планкетт, Марк; Хрдина, Эми; Линь, Шуцюн; Деномме, Стефан; Кингстон, Кристофер; Симар, Бенуа (2015). «Полимерные нанокомпозиты из отдельно стоящих макроскопических сборок нанотрубок нитрида бора». RSC Adv . 5 (51): 41186–41192. DOI : 10.1039 / C5RA02988K .
  10. ^ Чжао, Чжунфу; Гоу, Ян (2009). «Повышенная огнестойкость термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами» . Наука и технология перспективных материалов . 10 (1): 015005. Bibcode : 2009STAdM..10a5005Z . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 10/1/015005 . PMC 5109595 . PMID 27877268 .  
  11. ^ Susantyoko, Рахмат Агунг; Парвин, Фатима; Мустафа, Ибрагим; Альмхейри, Саиф (16.05.2018). «Отдельно стоящие листы MWCNT / активированный уголь: другой подход к изготовлению гибких электродов для суперконденсаторов». Ионика : 1–9. DOI : 10.1007 / s11581-018-2585-4 . ISSN 0947-7047 . 
  12. ^ Susantyoko, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алкоори, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Технология изготовления отливки ленты с поверхностной инженерией для коммерциализации отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок». Журнал Материалы ХИМИИ . 5 (36): 19255–19266. DOI : 10.1039 / c7ta04999d . ISSN 2050-7488 . 
  13. ^ Карам, Зайнаб; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Альхаммади, Айуб; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (26.02.2018). «Разработка метода отливки на поверхности ленты для изготовления отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок, содержащих наночастицы Fe 2 O 3, для гибких батарей». Advanced Engineering Материалы : 1701019. DOI : 10.1002 / adem.201701019 . ISSN 1438-1656 . 
  14. ^ Susantyoko, Рахмат Агунг; Алькинди, Таваддод Саиф; Канагарадж, Амарсингх Бхабу; Ан, Бохён; Алшибли, Хамда; Цой, Даниэль; Аль-Дахмани, султан; Фадак, Хамед; Альмхейри, Саиф (2018). «Оптимизация характеристик автономных листов MWCNT-LiFePO4 в качестве катодов для повышения удельной емкости литий-ионных батарей» . RSC Advances . 8 (30): 16566–16573. DOI : 10.1039 / c8ra01461b . ISSN 2046-2069 . 
  15. ^ Мустафа, Ибрагим; Лопес, Иван; Юнес, Хаммад; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Аль-Руб, Рашид Абу; Альмхейри, Саиф (март 2017 г.). «Изготовление отдельно стоящих листов многослойных углеродных нанотрубок (Buckypapers) для проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом ванадия и влияние технологических параметров на электрохимические характеристики». Electrochimica Acta . 230 : 222–235. DOI : 10.1016 / j.electacta.2017.01.186 . ISSN 0013-4686 . 
  16. ^ Мустафа, Ибрагим; Bamgbopa, Musbaudeen O .; Алрайси, Эман; Шао-Хорн, Ян; Sun, Hong; Альмхейри, Саиф (1 января 2017 г.). «Понимание электрохимической активности пористых углеродистых электродов в проточных батареях с неводным окислительно-восстановительным потенциалом ванадия». Журнал Электрохимического общества . 164 (14): A3673 – A3683. DOI : 10.1149 / 2.0621714jes . ISSN 0013-4651 . 
  17. ^ Мустафа, Ибрагим; Аль Шеххи, Асма; Аль-Хаммади, Айуб; Сусантьёко, Рахмат; Пальмизано, Джованни; Альмхейри, Саиф (май 2018 г.). «Влияние углеродистых примесей на электрохимическую активность электродов из многослойных углеродных нанотрубок для проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала ванадия». Углерод . 131 : 47–59. DOI : 10.1016 / j.carbon.2018.01.069 . ISSN 0008-6223 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Бумага исследователя из бывшего СССР прочнее стали на доли веса.
  • Исследования в обзорах: buckypaper
  • Buckypaper - Нанотрубки на стероидах; Фотографии с липкой бумагой и интервью с Фрэнком Алленом, операционным директором Института высокоэффективных материалов при Университете штата Флорида