Buckypaper - Buckypaper

Клейкая бумага из углеродные нанотрубки

Buckypaper представляет собой тонкий лист, сделанный из совокупности углеродные нанотрубки[1] или сетка из углеродных нанотрубок. Нанотрубки примерно в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Первоначально он создавался как способ работы с углеродными нанотрубками, но он также изучается и разрабатывается в различных областях несколькими исследовательскими группами, что показывает многообещающие перспективы. броня автомобиля, личная броня, и следующего поколения электроника и отображает.

Фон

Buckypaper - это макроскопический агрегат углеродных нанотрубок (УНТ) или «бакитуберов». Своим названием он обязан бакминстерфуллерен, 60 углерода фуллерен (ан аллотроп углерода с подобными связями, который иногда называют «Buckyball» в честь Р. Бакминстер Фуллер ).[1]

Синтез

Общепринятые методы изготовления пленок УНТ предполагают использование неионных поверхностно-активные вещества, Такие как Тритон Х-100[2] и лаурилсульфат натрия,[3] что улучшает их диспергируемость в водном растворе. Затем эти суспензии можно фильтровать через мембрану при положительном или отрицательном давлении, чтобы получить однородные пленки.[4] В сила Ван дер Ваальса Взаимодействие между поверхностью нанотрубки и поверхностно-активным веществом часто может быть механически прочным и довольно стабильным, поэтому нет никаких гарантий, что все поверхностно-активное вещество будет удалено из пленки УНТ после образования. Было обнаружено, что промывание метанолом, эффективным растворителем для удаления Triton X, вызывает растрескивание и деформацию пленки. Также было обнаружено, что Тритон X может приводить к лизису клеток и, в свою очередь, к воспалительным реакциям тканей даже при низких концентрациях.[5]

Чтобы избежать нежелательных побочных эффектов от возможного присутствия поверхностно-активных веществ, можно использовать альтернативный процесс литья, включающий сжатие фритты метод, не требующий использования поверхностно-активных веществ или модификации поверхности.[6] Размеры можно контролировать с помощью размера корпуса шприца и массы добавленных углеродных нанотрубок. Их толщина обычно намного больше, чем толщина клейкой бумаги, отлитой из поверхностно-активного вещества, и были синтезированы от 120 до 650 мкм; хотя не существует системы номенклатуры, определяющей толщину образцов, которые должны быть классифицированы как бумага, образцы с толщиной более 500 мкм называются бакидисками. Метод сжатия фритты позволяет быстро отливать бумагу и диски с восстановлением литейного растворителя и контролировать геометрию 2D и 3D.

Рост ориентированных многостенных углеродных нанотрубок (MWNT) был использован в синтезе пленок CNT через эффект домино.[7] В этом процессе «леса» многослойных углеродных нанотрубок выталкиваются в одном направлении, сжимая их вертикальную ориентацию в горизонтальной плоскости, что приводит к образованию бакайбумаги высокой чистоты, не требующей дополнительной очистки или обработки. Для сравнения, когда образец клейкой бумаги был сформирован в результате сжатия 1 тонны химического осаждения из паровой фазы (CVD) с образованием порошка MWNT, любое нанесение растворителя приводило к немедленному набуханию пленки до тех пор, пока она не превратилась в твердые частицы. Похоже, что для используемого порошка УНТ одного сжатия было недостаточно для создания прочной толстой бумаги, и это подчеркивает, что методология согласованного роста дает на месте Взаимодействия трубка-трубка не обнаруживаются в порошке CVD-УНТ и сохраняются вплоть до образования бек-бумаги, толкающей домино.

Недавно,[8] был разработан новый масштабируемый метод изготовления пленки CNT: технология поверхностного литья ленты (SETC). Технология SETC решает основную проблему отливки ленты, которая заключается в отделении высушенной и обычно липкой пленки УНТ от несущей подложки. Чтобы получить идеально отслоившуюся пленку, несущая подложка должна иметь морфологию микропирамидальной структуры пор. SETC производит пленки большой площади из любых имеющихся в продаже углеродных нанотрубок с регулируемой длиной, толщиной, плотностью и составом.

Характеристики

Сравнительные огневые испытания самолетов из целлюлоза, углеродная клейкая бумага и неорганические нитрид бора бумага с нанотрубками.[9]

Buckypaper - одна десятая веса, но потенциально в 500 раз прочнее стали, когда ее листы складываются в композит.[1] Он мог рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний.[1]

Приложения

Среди возможных вариантов использования клейкой бумаги, которые исследуются:

  • Противопожарная защита: материал покрытия тонким слоем клейкой бумаги значительно улучшает ее огнестойкость за счет эффективного отражения тепла плотным компактным слоем углеродных нанотрубок или углеродных волокон.[10]
  • При воздействии электрический заряд Бумагу можно использовать для освещения экранов компьютеров и телевизоров. Он мог бы быть более энергоэффективным, легким и обеспечивать более равномерный уровень яркости, чем текущий. электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) и жидкокристаллический дисплей (LCD) технология.
  • Поскольку индивидуальные углеродные нанотрубки являются одними из самых теплопроводный Известные материалы, клейкая бумага позволяет разработать теплоотводы, которые позволят компьютерам и другому электронному оборудованию рассеивать тепло более эффективно, чем это возможно в настоящее время. Это, в свою очередь, может привести к еще большему прогрессу в электронной миниатюризации.
  • Пленки также могут защитить электронные схемы и устройства в самолетах от электромагнитный помехи, которые могут повредить оборудование и изменить настройки. Точно так же такие пленки могут позволить военным самолетам защитить свои электромагнитные «сигнатуры», которые можно обнаружить с помощью радара.
  • Bucky paper может действовать как фильтрующая мембрана, задерживая микрочастицы в воздухе или жидкости. Поскольку нанотрубки в клейкой бумаге нерастворимы и могут быть функционализированы различными функциональными группами, они могут выборочно удалять соединения или действовать как сенсор.
  • Композитная бумага Buckypaper, производимая в достаточно больших количествах и по экономически приемлемой цене, может служить эффективным броневым покрытием.
  • Buckypaper можно использовать для выращивания биологических тканей, например нервных клеток. Buckypaper можно электрифицировать или функционализировать, чтобы стимулировать рост определенных типов клеток.
  • В Коэффициент Пуассона для углеродных нанотрубок Buckypaper можно контролировать и выставил ауксетический поведение, способное использовать в качестве искусственных мышц.
  • Электродные материалы для суперконденсаторы,[11] литий-ионные батареи,[12][13][14] и проточные батареи окислительно-восстановительного потенциала ванадия.[15][16][17]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Качор, Билл (17 октября 2008 г.). «Самолеты будущего, автомобили могут быть сделаны из« толстой бумаги ».'". USA Today. Получено 2008-10-18.
  2. ^ in het Panhuis M, Salvador-Morales C, Franklin E, Chambers G, Fonseca A, Nagy JB (2003). «Характеристика взаимодействия между функционализированными углеродными нанотрубками и ферментом». Журнал нанонауки и нанотехнологий. 3 (3): 209–13. Дои:10.1166 / jnn.2003.187. PMID  14503402.
  3. ^ Сунь Дж, Гао Л. (2003). «Разработка процесса диспергирования углеродных нанотрубок в керамической матрице методом гетерокоагуляции». Углерод. 41 (5): 1063–1068. Дои:10.1016 / S0008-6223 (02) 00441-4.
  4. ^ Vohrer U, Kolaric I, Haque MH, Roth S, Detlaff-Weglikowska U (2004). «Листы углеродных нанотрубок для использования в качестве искусственных мышц». Углерод. 42 (5–6): 1159–1164. Дои:10.1016 / j.carbon.2003.12.044.
  5. ^ Корнетт Дж. Б., Шокман Г. Д. (1978). «Клеточный лизис Streptococcus faecalis, индуцированный тритоном X-100». Журнал бактериологии. 135 (1): 153–60. ЧВК  224794. PMID  97265.
  6. ^ Уитби Р., Фукуда Т., Маекава Т., Джеймс С.Л., Михаловский С.В. (2008). «Геометрический контроль и настраиваемое распределение пор по размеру бумажных и прозрачных дисков». Углерод. 46 (6): 949–956. Дои:10.1016 / j.carbon.2008.02.028.
  7. ^ Ван Д, Сун ПК, Лю Ч., Ву В, Фан СС (2008). «Бумага с высокоориентированными углеродными нанотрубками, изготовленная из ориентированных углеродных нанотрубок». Нанотехнологии. 19 (7): 075609. Bibcode:2008Nanot..19g5609W. Дои:10.1088/0957-4484/19/7/075609. PMID  21817646.
  8. ^ Сусантьёко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алкоори, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Технология изготовления отливки ленты с поверхностной инженерией для коммерциализации отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок». Журнал химии материалов A. 5 (36): 19255–19266. Дои:10.1039 / c7ta04999d. ISSN  2050-7488.
  9. ^ Ким, Гын Су; Якубинек, Майкл Б .; Мартинес-Руби, Ядиенка; Ашрафи, Бехнам; Гуань, Цзинвэнь; О'Нил, К .; Планкетт, Марк; Хрдина, Эми; Линь, Шуцюн; Деномме, Стефан; Кингстон, Кристофер; Симар, Бенуа (2015). «Полимерные нанокомпозиты из отдельно стоящих макроскопических сборок нанотрубок нитрида бора». RSC Adv. 5 (51): 41186–41192. Дои:10.1039 / C5RA02988K.
  10. ^ Чжао, Чжунфу; Гоу, Ян (2009). «Повышенная огнестойкость термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами». Наука и технология перспективных материалов. 10 (1): 015005. Bibcode:2009STAdM..10a5005Z. Дои:10.1088/1468-6996/10/1/015005. ЧВК  5109595. PMID  27877268.
  11. ^ Сусантьёко, Рахмат Агунг; Парвин, Фатима; Мустафа, Ибрагим; Альмхейри, Саиф (16.05.2018). «Отдельно стоящие листы MWCNT / активированный уголь: другой подход к изготовлению гибких электродов для суперконденсаторов». Ионика: 1–9. Дои:10.1007 / s11581-018-2585-4. ISSN  0947-7047.
  12. ^ Сусантьёко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алкоори, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Технология изготовления отливки ленты с поверхностной инженерией для коммерциализации отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок». Журнал химии материалов A. 5 (36): 19255–19266. Дои:10.1039 / c7ta04999d. ISSN  2050-7488.
  13. ^ Карам, Зайнаб; Сусантьёко, Рахмат Агунг; Альхаммади, Айуб; Мустафа, Ибрагим; Ву, Чи-Хан; Альмхейри, Саиф (26.02.2018). «Разработка метода отливки на поверхность ленты для изготовления отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок, содержащих Fe.2О3 Наночастицы для гибких аккумуляторов ». Передовые инженерные материалы: 1701019. Дои:10.1002 / adem.201701019. ISSN  1438-1656.
  14. ^ Сусантьёко, Рахмат Агунг; Алькинди, Таваддод Саиф; Канагарадж, Амарсингх Бхабу; Ан, Бухён; Алшибли, Хамда; Цой, Даниэль; Аль-Дахмани, султан; Фадак, Хамед; Альмхейри, Саиф (2018). «Оптимизация производительности автономных листов MWCNT-LiFePO4 в качестве катодов для повышения удельной емкости литий-ионных батарей». RSC Advances. 8 (30): 16566–16573. Дои:10.1039 / c8ra01461b. ISSN  2046-2069.
  15. ^ Мустафа, Ибрагим; Лопес, Иван; Юнес, Хаммад; Сусантьёко, Рахмат Агунг; Аль-Руб, Рашид Абу; Альмхейри, Саиф (март 2017 г.). «Изготовление отдельно стоящих листов многослойных углеродных нанотрубок (Buckypapers) для проточных батарей с окислительно-восстановительным потенциалом ванадия и влияние технологических параметров на электрохимические характеристики». Electrochimica Acta. 230: 222–235. Дои:10.1016 / j.electacta.2017.01.186. ISSN  0013-4686.
  16. ^ Мустафа, Ибрагим; Bamgbopa, Musbaudeen O .; Алрайси, Эман; Шао-Хорн, Ян; Sun, Hong; Альмхейри, Саиф (1 января 2017 г.). «Понимание электрохимической активности пористых углеродистых электродов в проточных батареях с неводным окислительно-восстановительным потенциалом ванадия». Журнал Электрохимического общества. 164 (14): A3673 – A3683. Дои:10.1149 / 2.0621714jes. ISSN  0013-4651.
  17. ^ Мустафа, Ибрагим; Аль-Шеххи, Асма; Аль-Хаммади, Айуб; Сусантьёко, Рахмат; Пальмизано, Джованни; Альмхейри, Саиф (май 2018 г.). «Влияние углеродистых примесей на электрохимическую активность электродов из многослойных углеродных нанотрубок для проточных батарей окислительно-восстановительного потенциала ванадия». Углерод. 131: 47–59. Дои:10.1016 / j.carbon.2018.01.069. ISSN  0008-6223.

внешняя ссылка