Kolnanorör är extremt lätta, elektriskt ledande, och mer stabil än stål. På grund av deras unika egenskaper, de är idealiska för många applikationer, inklusive ultralätta batterier, högpresterande plast och medicinska implantat. Dock, hittills, det har varit svårt för vetenskap och industri att överföra de extraordinära egenskaperna i nanoskala till funktionella industriella tillämpningar. Kolnanorören kan inte heller kombineras tillräckligt med andra material, eller förlorar de sina fördelaktiga egenskaper när de kombinerats. Forskare från arbetsgruppen Functional Nanomaterials vid Kiel University (CAU) och University of Trento har nu utvecklat en alternativ metod, med vilka de små rören kan kombineras med andra material så att de behåller sina karakteristiska egenskaper. Forskningsresultaten har nu publicerats i Naturkommunikation .

"Även om kolnanorör är flexibla som fibersträngar, de är också mycket känsliga för förändringar, "förklarade professor Rainer Adelung, chef för Functional Nanomaterials arbetsgrupp vid CAU. "Med tidigare försök att kemiskt koppla ihop dem med andra material, deras molekylstruktur förändrades också. Detta, dock, fick deras fastigheter att försämras - mestadels drastiskt. "

I kontrast, forskargruppens tillvägagångssätt från Kiel och Trento är baserat på en enkel våtkemisk infiltrationsprocess. CNT blandas med vatten och droppas i ett extremt poröst keramiskt material tillverkat av zinkoxid, som absorberar vätskan som en svamp. De droppade trådliknande CNT fäster sig vid den keramiska ställningen, och bildar automatiskt ett stabilt lager tillsammans. Den keramiska ställningen är belagd med nanorör. Detta har fascinerande effekter, både för byggnadsställningar såväl som för beläggning av nanorör.

Å ena sidan, stabiliteten hos den keramiska ställningen ökar så massivt att den kan bära 100, 000 gånger sin egen vikt. "Med CNT -beläggningen, det keramiska materialet kan hålla cirka 7,5 kg, och utan den bara 50g-som om vi hade utrustat den med en tätt passande tröja av kolnanorör, som ger mekaniskt stöd, "sa författaren Fabian Schütt." Trycket på materialet absorberas av draghållfastheten hos CNT -filten. Tryckkrafter förvandlas till dragkrafter. "

Principen är jämförbar med bambubyggnader som är utbredda i Asien. Bambustammar är så hårt bundna med ett enkelt rep att det lätta materialet kan bilda extremt stabila ställningar, och till och med hela byggnader. "Vi gör detsamma på nanoskala med CNT-trådarna, som lindar sig runt det keramiska materialet - bara mycket, mycket mindre, "sa Helge Krüger, medförfattare till publikationen.

Materialforskarna kunde visa en annan stor fördel med deras process. I ett andra steg, de löste de keramiska ställningarna med hjälp av en kemisk etsningsprocess. Allt som återstår är ett fint 3D-nätverk av rör, var och en består av ett lager av små CNT -rör. På det här sättet, forskarna kunde kraftigt öka ytan, och därmed skapa fler möjligheter till reaktioner. "Vi packar i princip ytan på en hel beachvolleybollplan i en kubik på en centimeter, "förklarade Schütt. De enorma ihåliga utrymmena inuti den tredimensionella strukturen kan sedan fyllas med en polymer. Som sådan, CNT kan kopplas mekaniskt med plast, utan att ändra deras molekylära struktur och därmed deras egenskaper. "Vi kan specifikt ordna CNT och tillverka ett elektriskt ledande kompositmaterial. För att göra detta krävs bara en bråkdel av den vanliga mängden CNT, för att uppnå samma konduktivitet, "sa Schütt.

Tillämpningarna inkluderar batteri- och filterteknik som fyllnadsmaterial för ledande plast, implantat för regenerativ medicin, och sensorer och elektroniska komponenter i nanoskala. Den rivresistenta materialets höga elektriska konduktivitet kan också vara intressant för flexibla elektronikapplikationer, i funktionella kläder eller inom medicinsk teknik, till exempel. "Skapa en plast som, till exempel, stimulerar ben- eller hjärtceller att växa är tänkbart, "sade Adelung. På grund av dess enkelhet, forskarna är överens om att processen också kan överföras till nätverksstrukturer gjorda av andra nanomaterial - vilket kommer att ytterligare utöka sortimentet av möjliga tillämpningar.