Un importante passo avanti nella ricerca di fibre di nanotubi di carbonio ultra resistenti in Cina

Recentemente, il team del professor Wei Fei del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Università Tsinghua ha collaborato con il Prof. Li Xide della Scuola di Aeronautica e Astronautica dell'Università Tsinghua per fare un importante passo avanti nel campo delle fibre di nanotubi di carbonio super lunghe. È stato riferito per la prima volta al mondo che la forza teorica dei singoli nanotubi di carbonio era estremamente lunga. I fasci di nanotubi di carbonio hanno una resistenza alla trazione che supera tutti gli altri materiali in fibra attualmente trovati.

I nanotubi di carbonio sono considerati uno dei materiali più potenti attualmente trovati, con resistenze alla trazione superiori a 100 GPa e più di 10 resistenze in fibra di carbonio. Tuttavia, quando un singolo nanotubo di carbonio con eccellenti proprietà meccaniche viene preparato in un materiale macroscopico, le sue prestazioni sono spesso molto al di sotto del valore teorico. Al contrario, i nanotubi di carbonio ultra lunghi hanno centimetri o addirittura decimetri di lunghezza e hanno una struttura perfetta, con orientamento uniforme e proprietà meccaniche vicine al limite teorico, e presentano grandi vantaggi nella preparazione di fibre super resistenti.

Utilizzando metodi di focalizzazione del flusso di gas in situ, il team di ricerca può controllare la preparazione di un tubo di nanotubi di carbonio super lungo continuo di un centimetro con una composizione definita, una struttura perfetta e una disposizione parallela, ed evitare abilmente il fattore limitante. Preparando fasci di nanotubi di carbonio ultra lunghi contenenti diversi numeri di unità e analizzando quantitativamente gli effetti della loro composizione sulle proprietà meccaniche dei fasci di nanotubi di carbonio ultra lunghi, sono stati stabiliti modelli fisici/matematici stabiliti.

Lo studio ha rilevato che la distribuzione delle sollecitazioni iniziali dei nanotubi di carbonio nel fascio tubiero non è uniforme, cosicché i nanotubi di carbonio nel fascio tubiero non possono essere sottoposti a forze simultanee e uniformi, il che a sua volta porta a una diminuzione della resistenza complessiva, cioè l'"effetto Daniel". Sulla base di ciò, il team di ricerca ha proposto una strategia di "rilassamento sincrono", che rilascia lo stress iniziale dei nanotubi di carbonio nel fascio di tubi mediante nanomanipolazione, in modo che si trovi in ​​un intervallo ristretto di distribuzione, e quindi la resistenza alla trazione del fascio di nanotubi di carbonio Aumentato a oltre 80 GPa, vicino alla resistenza alla trazione dei singoli nanotubi di carbonio.

Questo lavoro rivela le brillanti prospettive dell'utilizzo di nanotubi di carbonio ultra lunghi per la produzione di superfibre e allo stesso tempo indica le direzioni e i metodi per lo sviluppo di nuove superfibre.