Fyra kontinuerliga tillstånd av (a) kolnanorörspulver i kresolbaserat lösningsmedel:(b) en utspädd dispersion för gjutning av tunna filmer, (c) en tjock pasta för sköljning av beläggning, målning, screentryck eller kompositframställning, d) en fristående gel för 3D-utskrift, och slutligen (e) en knådbar deg som lätt kan omvandlas till olika former. Upphovsman:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
Northwestern Universitys Jiaxing Huang är redo att reignite kol nanorör forskning. Och han gör det med en vanlig kemikalie som en gång användes i hushållsrengöringsmedel.
Genom att använda en billig, redan massproducerad, enkelt lösningsmedel som kallas cresol, Huang har upptäckt ett sätt att sprida kolnanorör i oöverträffade höga koncentrationer utan behov av tillsatser eller hårda kemiska reaktioner för att modifiera nanorören. I en överraskande twist, Huang fann också att när nanorörens koncentrationer ökar, materialet övergår från en utspädd dispersion till en tjock pasta, sedan en fristående gel och slutligen en knådbar deg som kan formas och formas.
Studien publicerades online den 14 maj i Förfaranden från National Academy of Sciences .
"På grund av deras exceptionella mekaniska, termiska och elektriska egenskaper, kolnanorör har väckt stor uppmärksamhet för ett antal applikationer, sa Huang, professor i materialvetenskap och teknik vid Northwestern McCormick School of Engineering. "Men efter årtionden av forskning och utveckling, en del av spänningen har försvunnit. "
Anledningen? Kolnanorör är notoriskt knepiga att bearbeta - särskilt i stora mängder. Cirka 10, 000 gånger tunnare än ett människohår, den tråkiga, rörformade strukturer sägs vara starkare än stål och leda värme och elektricitet mycket bättre än koppar. Men när massproduceras - vanligtvis i form av pulver - vrider sig rören och klumpar ihop sig. Denna komplikation är ett stort hinder för materialets utbredda tillämpningar.
Den kol-nanorörbaserade degen kan omvandlas till godtyckliga former, till exempel en fristående remsa genom kallvalsning. Upphovsman:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
"Samlade rör är svåra att sprida i lösningsmedel, "Sa Huang." Och om du inte kan få en bra spridning, då kommer du inte att kunna göra tunna filmer av hög kvalitet som många applikationer förlitar sig på. "
För att kringgå detta problem, tidigare forskare använde tillsatser för att belägga nanorören, som kemiskt förändrade deras ytor och tvingade dem att separera. Även om dessa metoder fungerar, de lämnar efter sig rester eller förändrar nanorörens ytstrukturer, som kan trubba deras önskvärda egenskaper.
Däremot, Huangs team fann att cresol inte försämrar kolnanorörens ytfunktioner. Och, efter separering av de intrasslade rören, forskare kan helt enkelt ta bort kemikalien genom att tvätta bort den eller värma den tills den avdunstar.
Den kol-nanorörbaserade degen kan omvandlas till godtyckliga former som definieras av en form. Upphovsman:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
Att hitta oväntade knådar
Efter att ha låst upp ett nytt sätt att göra kolnanorör i högre och högre koncentrationer, Huang och hans team upptäckte nya former av materialet. När koncentrationen av kolnanorör ökar, materialet övergår från en utspädd dispersion till en spridbar pasta till en fristående gel och slutligen till en knådbar deg. Dessa olika former kan formas, omformas eller används som ledande bläck för 3D-utskrift.
"Degtillståndet för nanorör är fascinerande, "sa Kevin Chiou, en doktorand i Huangs laboratorium och första författare till tidningen. "Det kan lätt formas och formas till godtyckliga strukturer precis som lekdeg."
"Väsentligen, detta lösningsmedelssystem får nu nanorör att bete sig precis som polymerer, "Huang sa." Det är verkligen spännande att se att kresolbaserade lösningsmedel gör en gång svårbearbetade kolnanorör lika användbara som vanliga plaster. "
