Çin'de ultra güçlü karbon nanotüp lifleri araştırmalarında önemli bir atılım
Son zamanlarda, Tsinghua Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Wei Fei'nin ekibi, Tsinghua Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Okulu'ndan Prof. Li Xide ile bir araya gelerek süper uzun karbon nanotüp lifleri alanında büyük bir atılım gerçekleştirdi. Dünyada ilk kez, tek karbon nanotüplerin teorik mukavemetinin aşırı uzun olduğu bildirildi. Karbon nanotüp demetleri, şu anda bulunan diğer tüm lif malzemelerinin üzerinde bir çekme mukavemetine sahiptir.
Karbon nanotüpler, 100 GPa'dan fazla çekme dayanımı ve 10'dan fazla karbon fiber dayanımıyla, şu anda bulunan en güçlü malzemelerden biri olarak kabul ediliyor. Ancak, mükemmel mekanik özelliklere sahip tek bir karbon nanotüp makroskobik bir malzemeye dönüştürüldüğünde, performansı çoğu zaman teorik değerin çok altında kalmaktadır. Buna karşılık, ultra uzun karbon nanotüpler santimetre hatta desimetre uzunluğunda, mükemmel yapıda, homojen yönelimli, teorik sınıra yakın mekanik özelliklere sahip olup, süper güçlü liflerin hazırlanmasında büyük avantajlara sahiptirler.
Araştırma ekibi, yerinde gaz akışı odaklama yöntemlerini kullanarak, belirli bir bileşime, mükemmel bir yapıya ve paralel bir düzenlemeye sahip bir santimetre sürekli süper uzun karbon nanotüp tüpünün hazırlanmasını kontrol edebiliyor ve sınırlayıcı faktörü ustalıkla önleyebiliyor. Farklı sayıda birim içeren ultra uzun karbon nanotüp demetleri hazırlanıp, bu demetlerin bileşimlerinin ultra uzun karbon nanotüp demetlerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri nicel olarak analiz edilerek, belirlenmiş fiziksel/matematiksel modeller oluşturulmuştur.
Çalışmada, tüp demetindeki karbon nanotüplerin başlangıçtaki gerilim dağılımının homojen olmadığı, dolayısıyla tüp demetindeki karbon nanotüplerin eş zamanlı ve homojen kuvvetlere maruz kalamadığı, bunun da genel mukavemetin azalmasına, yani “Daniel etkisine” yol açtığı tespit edilmiştir. Araştırma ekibi buna dayanarak, nanomanipülasyon yoluyla tüp demetindeki karbon nanotüplerin başlangıç gerilimini serbest bırakan, böylece dar bir dağılım aralığında olan ve böylece karbon nanotüp kirişinin çekme mukavemetini artıran bir "eşzamanlı gevşeme" stratejisi önerdi. Tek karbon nanotüplerin çekme dayanımına yakın olan 80 GPa'nın üzerine çıkarıldı.
Bu çalışma, ultra uzun karbon nanotüplerin süper lif üretiminde kullanılmasının parlak olasılıklarını ortaya koymakta ve aynı zamanda yeni süper liflerin geliştirilmesine yönelik yön ve yöntemleri belirtmektedir.