Lyding Group utvecklade nyligen en teknik som kan användas för att bygga kol-nanorör-baserade fibrer genom att skapa kemiska tvärbindningar. Tekniken förbättrar de elektriska och mekaniska egenskaperna hos dessa material.

Pappret, "Förbättrade elektriska och mekaniska egenskaper hos kemiskt tvärbundna kol-nanorörbaserade fibrer och deras tillämpning i högpresterande superkondensatorer, " publicerades i ACS Nano .

"Kolnanorör är starka och är mycket bra på att leda värme och elektricitet, sa Gang Wang, en postdoktoral forskarassistent i Lyding-labbet, som finns vid Beckman Institute for Advanced Science and Technology vid University of Illinois i Urbana-Champaign. "Därför, dessa material har breda användningsområden och kan användas som starka fibrer, batterier, och transistorer."

Det finns många sätt att bygga material som har kol-nanorör-baserade fibrer. "Flygplansvingar kan tillverkas, till exempel, genom att bädda in dessa fibrer i en matris med epoxi, sade Joseph Lyding, Robert C. MacClinchie framstående professor i elektro- och datateknik och en Beckman-fakultetsmedlem. "Epoxin fungerar som ett bindemedel och håller samman matrisen."

Dock, att kombinera rören för att tillverka sådana material kan leda till förlust av viktiga egenskaper. "Vi kom på en metod för att få tillbaka mycket av den prestandan, "Metoden bygger på att länka samman de enskilda kolnanorören."

Forskarna spred bromerade kolvätemolekyler i nanorörsmatrisen. När värme appliceras, bromgrupperna lossnar, och molekylerna binder kovalent till intilliggande nanorör.

"När du passerar ström genom dessa material, motståndet mot strömmen är högst i de korsningar där nanorören berör varandra, " sa Lyding. "Som ett resultat, värme genereras vid korsningarna och vi använder den värmen för att länka samman nanorören."

Behandlingen är en engångsprocess. "När de banden bildas, motståndet vid korsningen sjunker, och materialet svalnar. Det är som popcorn som går av — när det väl poppar, det är allt, sa Lyding.

Forskarna stod inför många utmaningar när de försökte bygga dessa material. "Vi måste hitta de rätta molekylerna att använda och de rätta förhållandena för att skapa dessa bindningar, "Wang sa. "Vi var tvungna att försöka hitta rätt ström flera gånger och sedan använda det resulterande materialet för att bygga andra enheter."

"Detta papper är det första steget i att göra en ny klass av material. Det är troligt att prestandan vi ser nu kommer att bli bättre eftersom den inte har utforskats fullt ut ännu, " sa Lyding. "Vi är intresserade av att undersöka hur starka vi kan göra dessa material, hur vi kan förbättra deras elektriska ledningsförmåga, och om vi kan ersätta koppartrådar med material som är 10 gånger lägre i vikt och har samma prestanda."