(Phys.org)—Forskare från North Carolina State University har utvecklat nya tekniker för att sträcka kolnanorör (CNT) och använda dem för att skapa kolkompositer som kan användas som starkare, lättare material i allt från flygplan till cyklar.

Genom att sträcka CNT-materialet innan det införlivas i en komposit för användning i färdiga produkter, forskarna rätar ut CNT i materialet, vilket avsevärt förbättrar dess draghållfasthet – och förbättrar kompositmaterialets styvhet och dess elektriska och termiska ledningsförmåga.

Toppmoderna kolfiberkompositer används för närvarande för att bygga flygplan och andra produkter där starka, lätta material är önskvärda. Lättare flygplan, till exempel, är mer bränslesnåla. Dock, forskare har länge trott att om dessa kompositer kunde tillverkas med CNTs skulle de kunna vara lika starka, men 10 gånger lättare. Eller de kan ha samma vikt, men 10 gånger starkare.

Att skapa en stark CNT-komposit kräver fyra funktioner. Först, det behöver långa CNT, som är mer effektiva för att bära laster. Andra, CNT:erna måste justeras i rader. Tredje, CNT i materialet hålls samman av en polymer eller harts, och du måste ha ett högt förhållande mellan CNT och polymer i det färdiga kompositmaterialet. Fjärde, du behöver att CNT:erna är så raka som möjligt, så att materialet bär vikten jämnt.

I årtionden, forskare har inte lyckats uppnå dessa mål. Men nu ett forskarlag, ledd av Dr Yuntian Zhu, en professor i materialvetenskap och teknik vid NC State, har tagit fram en lösning.

"Den nya tekniken börjar med en CNT-array, " Zhu säger, "som ser ut som en skog av CNTs som växer upp ur ett platt substrat." Eftersom bildförhållandet för dessa CNT är högt, de är långa och smala – inte stela. Det betyder att CNT:erna lutar sig mot varandra i arrayen. "Genom att ta tag i CNTs i ena änden av arrayen, vi kan dra över dem på deras sidor – och alla andra CNT i arrayen faller i samma riktning, " säger Zhu. Detta resulterar i CNTs med bra anpassning.

Dessa inriktade CNT lindas sedan på en roterande spole och sprayas med en polymerlösning för att binda samman CNT. Detta skapar ett bandliknande kompositmaterial som har en hög volymprocent CNT, som i sin tur kan användas för att göra CNT-kompositstrukturer för användning i färdiga produkter som flygplan och cyklar. Men det tar inte upp behovet av att räta ut CNT.

För att räta ut CNT, Zhu och hans team sträckte ut CNTs när nanorören dras upp på den roterande spolen. Denna process förbättrar draghållfastheten hos CNT-komposit-"bandet" med cirka 90 procent (till ett genomsnitt på 3,5 gigapascal) och styvheten med mer än 100 procent. Genom att räta ut CNT, forskarna kunde också nästan tredubbla CNT-kompositens värmeledningsförmåga, till 40 watt per meter per kelvin. Elektrisk ledningsförmåga ökades med 50 procent till 1, 230 siemens per meter.

Uppsatsen om att sträcka ut CNT för att räta ut dem, "Ultrastark, Styva och multifunktionella filmer sammansatta av superjusterade kolnanorör, " publiceras online i det första numret av tidskriften Materialforskningsbrev .