Fibre filiformi create con un nuovo, metodo rapido presso la Rice University sono costituiti da miliardi di nanotubi di carbonio che possono essere allineati rapidamente mediante la forza di taglio tra i vetrini. Credito:Forme complesse di fluidi complessi/Rice University
I termini "fatto a mano" e "high tech" non si trovano comunemente nella stessa frase, ma entrambi si applicano a un metodo della Rice University per produrre rapidamente fibre da nanotubi di carbonio.
Il metodo messo a punto dal Laboratorio Riso del chimico Matteo Pasquali consente ai ricercatori di realizzare brevi tratti di fibre conduttive da piccoli campioni di nanotubi sfusi in circa un'ora.
Il lavoro integra il metodo pionieristico di Pasquali del 2013 per filare bobine complete di fibre di nanotubi filiformi per l'industria aerospaziale, settore automobilistico, applicazioni mediche e di abbigliamento intelligente. Le fibre sembrano fili di cotone ma si comportano come fili metallici e fibre di carbonio.
Possono essere necessari grammi di materiale e settimane di sforzi per ottimizzare il processo di filatura delle fibre continue, ma il nuovo metodo lo riduce a misura, anche se richiede un po' di elaborazione pratica.
Pasquali e l'autore principale e studente laureato Robby Headrick hanno riferito in Materiale avanzato che allineare e torcere le fibre simili a capelli è abbastanza semplice.
Primo, Headrick fa film. Dopo aver sciolto una piccola quantità di nanotubi in acido, pone la soluzione tra due vetrini. Spostandoli rapidamente l'uno sull'altro si applica una forza di taglio che spinge i miliardi di nanotubi all'interno della soluzione ad allinearsi. Una volta depositati i film risultanti sul vetro, stacca sezioni e le arrotola in fibre.
Robby Headrick usa un dispositivo costruito da suo padre, un falegname, che mantiene stabile una diapositiva mentre l'altra viene spostata per creare forze di taglio che allineano i nanotubi di carbonio tra di loro. I nanotubi formano un film che può essere spellato e arrotolato a mano per creare nanofibre corte per i test. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
"Il film è in uno stato di gel quando lo sbuccio, che è importante per ottenere una fibra completamente densificata, " Disse Headrick. "Se lo giri quando è bagnato per tutta la sezione trasversale della struttura, e quando lo asciughi, la pressione capillare lo densifica."
Headrick era insoddisfatto della riproducibilità dei suoi esperimenti iniziali e discusse la procedura con suo padre, Roberto, un falegname dilettante. L'anziano Headrick si avvicinò rapidamente con un semplice dispositivo per supportare le diapositive e controllare il processo di taglio.
Le fibre di nanotubi essiccate sono lunghe circa 7 centimetri; le prestazioni elettriche sono equivalenti alle fibre lunghe create con il metodo di filatura originale ma ancora più dense con una resistenza alla trazione fino a 3,5 gigapascal (GPa), meglio delle fibre filate. I ricercatori si aspettano che i nanotubi 50, 000 a 70, 000 volte più lunghe di quanto siano larghe produrrà fibre da 35 a 40 GPa, sulla forza di un singolo nanotubo di carbonio.
"Possiamo elaborare tutti i tipi di nanotubi allo stesso modo in modo da ottenere strutture e proprietà delle fibre ottimali, "Ha detto Headrick. "Si accelera le cose e ci permette di esplorare i nanotubi che sono disponibili solo in piccole quantità".
Lo studente laureato della Rice University Robby Headrick stacca una striscia di nanotubi di carbonio allineati da un vetrino. Il metodo di laboratorio per realizzare nanotubi corti richiede settimane di pausa dal tempo necessario per realizzare campioni per i test. Credito:Jeff Fitlow/Rice University
Pasquali ha affermato che il processo riproduce l'elevato allineamento dei nanotubi e l'elevata densità di impaccamento tipici delle fibre prodotte tramite filatura, ma di dimensioni sufficienti per i test di resistenza e conducibilità.
"Ora lo usiamo come un rapido test di laboratorio per valutare nuovi materiali e creare proprietà target per il metodo su larga scala, " disse Pasquali. "Sapremo in anticipo cosa può consegnare il materiale, mentre prima, potremmo solo inferirlo. Ciò potrebbe essere particolarmente importante per i produttori di nanotubi di carbonio che desiderano modificare le condizioni del reattore per fornire loro un feedback rapido o per il controllo di qualità, così come per testare campioni che sono stati ordinati per tipo metallico rispetto a semiconduttore o addirittura per elicità."
