211service.com
Superspēcīgas oglekļa nanocaurules šķiedras
Oglekļa nanocaurules, kas vērptas, lai veidotu garas dzijas līdzīgas šķiedras, varētu pārspēt pat spēcīgākos ložu necaurlaidīgos materiālus tirgū, taču nanocauruļu pārvēršana šādos materiālos ir izrādījusies izaicinājums. Tagad pētnieki saka, ka viņi ir uzlabojuši šķiedru izgatavošanas metodi: tās var ātrāk izvilkt no karstas krāsns, padarīt nanocaurules labāk saskaņotas un ievērojami uzlabot to izturību. Lai gan oglekļa nanocaurules šķiedras joprojām var izgatavot tikai nelielās partijās un tikai īsos garumos, eksperti saka, ka šķiedras ir ļoti solītas īpaši izturīgiem, elastīgiem materiāliem ar iespējamiem pielietojumiem, sākot no bruņuvestēm līdz naftas urbšanai.
Nano pasūtījums: Pētnieki ir uzlabojuši oglekļa nanocauruļu šķiedru vērpšanas paņēmienus: tie liek nanocaurulēm izlīdzināties šķiedrā, radot šķiedras, kas ir tikpat stipras kā materiāli, piemēram, kevlars, ko izmanto ložu necaurlaidīgās vestēs. Turklāt nanocaurules šķiedras, atšķirībā no parastajām virvēm, var tikt mezglotas, īpaši nesabojājot to izturību.
Oglekļa nanocaurules ir caurulēm līdzīgas oglekļa molekulas, kuru sieniņas ir tikai viena atoma biezas. Tie ir ārkārtīgi spēcīgi, elektriski vadoši un grūti uzticami izgatavoti. Daudzas pētniecības grupas ir strādājušas, lai izveidotu garākas oglekļa nanocaurules un veidotu tās garākos pavedienos, ko varētu izmantot izturīgiem audumiem un pat efektīvām elektropārvades līnijām. (Skatiet sadaļu 10 jaunās tehnoloģijas.)
Alans Vindls, Anglijas Kembridžas universitātes materiālu zinātnes profesors, kopā ar pētniekiem Natick Soldier pētniecības attīstības centrā Masačūsetsā izgatavoja un pārbaudīja jaunās nanocaurules šķiedras. Vindls un viņa kolēģi raustīja nanocaurules šķiedras, atklājot, ka vājākās slāņojas pie spriegumiem ap vienu gigapaskālu, padarot tās gramu gramā salīdzināmas ar tēraudu.
Labākās veiktspējas oglekļa nanocaurules šķiedras salūza pie aptuveni sešiem gigapaskāļiem, pārspējot ražotāju sniegtās priekšrocības attiecībā uz materiāliem, ko izmanto ložu necaurlaidīgās vestēs, piemēram, Kevlar. Šīs nanocaurules šķiedras atbilst augstākajām ziņotajām stiprībām dažām spēcīgākajām komerciāli pieejamajām šķiedrām, Zylon un Dyneema, ko izmanto arī ložu necaurlaidīgās vestēs. Vientuļa, ārkārtīgi spēcīga nanocaurules šķiedra bija ārpus diagrammām, sasniedzot deviņus gigapaskālus sprieguma, kas ir daudz vairāk nekā jebkurš cits ziņots, pirms pārrāvuma. Iepriekšējais darbs ar oglekļa nanocaurulēm ir radījis šķiedras, kas iztur ne vairāk kā trīs gigapaskāļus.
Multivide
Skatiet, kā oglekļa nanocaurules tiek savērptas īpaši stiprā šķiedrā.
Mēs esam gandarīti par rezultātiem, taču es neteiktu, ka esam pārsteigti, saka Vindls. Ir zināms, ka atsevišķu nanocauruļu īpašības joprojām ir piecas reizes labākas. Viņš piebilst: Tas mani padara optimistisku. Joprojām ir daudz iespēju uzlabot.
Lai izgatavotu šķiedras, pētnieki izmantoja metodi, kuru 2004. gadā aizsāka Vindla grupa, kur krāsns iztvaiko oglekli un izpūš nanocauruļu plūsmu. Kad šīs oglekļa nanocaurules tiek uztvertas gaisā un vērptas ap spoli, tās veido šķiedru, kas sastāv no miljardiem molekulu, kas sakārtotas visā nanocaurules garumā.
Pielāgojot krāsns temperatūru un pielāgojot to, cik ātri šķiedra tiek uztīta, pētnieki optimizēja procesu, padarot šķiedras 0,3 reizes stiprākas nekā citas grupas. Pētnieki ziņo, ka uzlabojumi lielā mērā ir saistīti ar to, ka ar ātrāku tinumu nanocaurules ir labāk izlīdzinātas un ciešāk saplūst kopā. Viņi arī pievienoja soli, lai padarītu šķiedras blīvākas. Komanda izlaida šķiedras caur acetona gāzi, kas kondensējās uz šķiedrām, veidojot šķidrumu. Ir virsmas spraiguma efekts, kas savelk nanocaurules kopā, kas palielina to izturību, saka Vindls.
Viņš saka, ka vispiemērotākais pielietojums ir bruņuvestēm. Tas izskatās daudzsološi, salīdzinot ar komerciāli pieejamām šķiedrām. Bet vai tas derēs bruņuvestēm, neviens īsti neuzzinās, kamēr mēs neizgatavosim pietiekami daudz šķiedru, lai izgatavotu audumu un izšautu lodi, saka Vindls. Nesen veikts datormodelēšanas pētījums liecina, ka lodes atlēktu no oglekļa nanocaurules auduma, kura biezums ir tikai seši slāņi.
MIT materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesors Edvīns Tomass saka, ka, ja testi uzrādīja, ka šāds audums patiešām atgrūž lodes, jums ir aizsargs, un tas drīz būs bruņuvestēs. Viņš piebilst, ka materiāli bieži vien slikti tiek galā ar pēkšņu spēku triecieniem, nevis lēnāku vilkšanu. Neviens nezina par oglekļa nanocaurulēm ar lielu deformācijas ātrumu, jo neviens to nav pārbaudījis.
Vēl viens pielietojums varētu būt naftas urbšana. Tā kā oglekļa nanocaurules šķiedras ir ne tikai izturīgas, bet arī izturīgas pret karstumu un koroziju, tās var izmantot urbju uzgaļiem vai caurulēm, lai tiktu galā ar šo ekstremālo vidi, saka Tomass.
Tomēr Tomass brīdina, ka Vindls un viņa kolēģi sasniedza labākos rezultātus aptuveni vienu milimetru garām šķiedrām, acīmredzot tāpēc, ka, jo garāka pavediens, jo lielāka iespēja, ka tajā būs nelieli oglekļa gabali un citi defekti, kas to vājina. Tomass saka, ka, mainot apstrādi — uztīšanas ātrumu un apstrādi ar acetonu, oglekļa daļiņas netiks mainītas. Viņiem ir jāatgriežas ķīmiskajā sintēzē, lai to risinātu.
Lai armija par to interesētu, viņi vēlētos, lai tie būtu kilometri, viņš saka. Neskatoties uz to, jaunie rezultāti viņam dod daudz cerību.