Çin'de ultra güçlü karbon nanotüp liflerinin araştırılmasında büyük bir atılım
Son zamanlarda, Tsinghua Üniversitesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Profesör Wei Fei ekibi, süper uzun karbon nanotüp lifleri alanında büyük bir atılım yapmak için Tsinghua Üniversitesi Havacılık ve Uzay Bilimleri Okulu'ndan Prof. Li Xide ile bir araya geldi. Tek karbon nanotüplerin teorik gücünün son derece uzun olduğu dünyada ilk kez rapor edildi. Karbon nanotüp demetleri, şu anda bulunan diğer tüm fiber malzemeleri aşan bir gerilme mukavemetine sahiptir.
Karbon nanotüpler, 100 GPa'dan fazla gerilme mukavemeti ve 10'dan fazla karbon fiber mukavemeti ile şu anda bulunan en güçlü malzemelerden biri olarak kabul edilir. Bununla birlikte, mükemmel mekanik özelliklere sahip tek bir karbon nanotüp, makroskopik bir malzemeye hazırlandığında, performansı genellikle teorik değerin çok altındadır. Buna karşılık, ultra uzun karbon nanotüplerin uzunlukları santimetre ve hatta desimetreler kadardır ve mükemmel bir yapıya sahiptir, tek biçimli yönlendirme ve teorik sınıra yakın mekanik özelliklere sahiptir ve süper güçlü liflerin hazırlanmasında büyük avantajlara sahiptir.
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 edebilir ve sınırlayıcı faktörden ustaca kaçınabilir. Farklı sayıda birim içeren ultra uzun karbon nanotüp demetleri hazırlanarak ve bileşimlerinin ultra uzun karbon nanotüp demetlerinin mekanik özellikleri üzerindeki etkileri nicel olarak analiz edilerek, kurulan fiziksel/matematiksel modeller oluşturulmuştur.
Çalışma, tüp demetindeki karbon nanotüplerin ilk stres dağılımının tek tip olmadığını, bu nedenle tüp demetindeki karbon nanotüplerin aynı anda ve tek biçimli kuvvetlere maruz kalamayacağını ve bunun da toplam mukavemette bir azalmaya yol açtığını buldu. yani “Daniel etkisi”. Buna dayanarak, araştırma ekibi, nanomanipülasyon ile tüp demetindeki karbon nanotüplerin ilk stresini serbest bırakan, böylece dar bir dağılım aralığında ve dolayısıyla karbon nanotüp kiriş gerilme mukavemetini serbest bırakan bir “senkronize gevşeme” stratejisi önerdi. Tek karbon nanotüplerin çekme mukavemetine yakın, 80 GPa'nın üzerine yükseltilmiş.
Bu çalışma, süper liflerin üretimi için ultra uzun karbon nanotüplerin kullanılmasının parlak beklentilerini ortaya koyuyor ve aynı zamanda yeni süper liflerin geliştirilmesi için yönlere ve yöntemlere işaret ediyor.