Trådliknande fibrer skapade med en ny, Den snabba metoden vid Rice University är gjorda av miljarder kolnanorör som snabbt kan riktas in med skjuvkraft mellan objektglasen. Kredit:Complex Forms of Complex Fluids/Rice University
Termerna "handgjorda" och "högteknologiska" finns inte vanligtvis i samma mening, men de tillämpar båda en Rice University-metod för att snabbt producera fibrer från kolnanorör.
Metoden som utvecklats av kemisten Matteo Pasqualis rislab ger forskare möjlighet att göra korta längder av stark, ledande fibrer från små prover av bulk nanorör på ungefär en timme.
Verket kompletterar Pasqualis banbrytande 2013-metod för att snurra hela spolar av trådliknande nanorörsfibrer för flyg- och rymdindustrin, bil, medicinska och smarta kläder. Fibrerna ser ut som bomullstråd men fungerar som metalltrådar och kolfibrer.
Det kan ta gram material och veckors ansträngning för att optimera processen att spinna kontinuerliga fibrer, men den nya metoden skär ner det till storlek, även om det kräver lite praktisk bearbetning.
Pasquali och huvudförfattaren och doktoranden Robby Headrick rapporterade in Avancerade material att justera och vrida de hårliknande fibrerna är ganska enkelt.
Först, Headrick gör filmer. Efter att ha löst upp en liten mängd nanorör i syra, han placerar lösningen mellan två glasskivor. Att flytta dem snabbt förbi varandra tillämpar skjuvkraft som får miljarder nanorör i lösningen att rada upp sig. När de resulterande filmerna har lagts på glaset, han skalar av delar och rullar ihop dem till fibrer.
Robby Headrick använder en enhet byggd av sin far, en träarbetare, som håller en glidbana stabil medan den andra flyttas för att skapa skjuvkrafter som riktar kolnanorör mellan dem. Nanorören bildar en film som kan skalas och rullas för hand för att skapa korta nanofibrer för testning. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
"Filmen är i ett geltillstånd när jag skalar den, vilket är viktigt för att få en helt förtätad fiber, " sa Headrick. "Du vrider den när den är våt genom hela tvärsnittet av strukturen, och när du torkar det, kapillärtrycket förtätar det."
Headrick var missnöjd med reproducerbarheten av sina första experiment och diskuterade proceduren med sin far, Robert, en amatör träarbetare. Den äldre Headrick kom snabbt på en enkel anordning för att stödja rutschbanorna och kontrollera klippningsprocessen.
De torkade nanorörsfibrerna är cirka 7 centimeter långa; den elektriska prestandan är likvärdig med långa fibrer skapade med den ursprungliga spinnmetoden men ännu tätare med en draghållfasthet upp till 3,5 gigapascal (GPa), bättre än spunna fibrer. Forskarna förväntar sig att nanorör 50, 000 till 70, 000 gånger längre än de är breda kommer att producera fibrer på 35 till 40 GPa, om styrkan hos ett enskilt kolnanorör.
"Vi kan bearbeta alla typer av nanorör på exakt samma sätt så att vi får optimala fiberstrukturer och egenskaper, " sade Headrick. "Det snabbar upp saker och ting och gör att vi kan utforska nanorör som bara är tillgängliga i små mängder."
Rice Universitys doktorand Robby Headrick skalar en remsa av kolnanorör i linje från en bild. Labbets metod för att göra korta nanorör tar veckor ledigt från den tid som behövs för att göra prover för testning. Kredit:Jeff Fitlow/Rice University
Pasquali sa att processen reproducerar den höga nanorörsinriktningen och den höga packningsdensiteten som är typisk för fibrer som produceras via spinning, men i en storlek som är tillräcklig för hållfasthets- och konduktivitetstester.
"Vi använder nu detta som ett snabbt labbtest för att bedöma nya material och för att skapa målegenskaper för den storskaliga metoden, " Sa Pasquali. "Vi vet i förväg vad materialet kan leverera, medan tidigare, vi kunde bara sluta oss till det. Detta kan vara särskilt viktigt för kolnanorörstillverkare som vill ändra sina reaktorförhållanden för att ge dem snabb feedback eller för kvalitetskontroll, samt för att testa prover som har sorterats efter metallisk kontra halvledartyp eller till och med helicitet."
