(Phys.org)—I ricercatori della North Carolina State University hanno sviluppato nuove tecniche per allungare i nanotubi di carbonio (CNT) e usarli per creare compositi di carbonio che possono essere usati come più resistenti, materiali più leggeri in tutto, dagli aeroplani alle biciclette.

Stirando il materiale CNT prima di incorporarlo in un composito da utilizzare nei prodotti finiti, i ricercatori raddrizzano i CNT nel materiale, che migliora significativamente la sua resistenza alla trazione e migliora la rigidità del materiale composito e la sua conduttività elettrica e termica.

Compositi in fibra di carbonio all'avanguardia sono attualmente utilizzati per costruire aeroplani e altri prodotti in cui forti, materiali leggeri sono desiderabili. Aerei più leggeri, Per esempio, sono più efficienti dal punto di vista del carburante. Però, i ricercatori hanno pensato a lungo che se questi compositi potessero essere realizzati con CNT potrebbero essere altrettanto forti, ma 10 volte più leggero. Oppure potrebbero avere lo stesso peso, ma 10 volte più forte.

La creazione di un solido composito CNT richiede quattro caratteristiche. Primo, ha bisogno di lunghi CNT, che sono più efficaci nel trasportare carichi. Secondo, i CNT devono essere allineati in righe. Terzo, i CNT nel materiale sono tenuti insieme da un polimero o resina, e devi avere un alto rapporto tra CNT e polimero nel materiale composito finito. Il quarto, hai bisogno che i CNT siano il più dritti possibile, in modo che il materiale sopporti il ​​peso in modo uniforme.

Per decenni, i ricercatori non sono stati in grado di raggiungere questi obiettivi. Ma ora un gruppo di ricerca, guidato dal dottor Yuntian Zhu, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State, ha sviluppato una soluzione.

"La nuova tecnica inizia con un array CNT, "Zhu dice, "che sembra una foresta di CNT che crescono da un substrato piatto." Poiché le proporzioni di questi CNT sono elevate, sono lunghi e magri, non rigidi. Ciò significa che i CNT sono appoggiati l'uno contro l'altro nell'array. "Prendendo i CNT a un'estremità dell'array, siamo in grado di tirarli su un fianco - e tutti gli altri CNT nell'array si ribaltano nella stessa direzione, " Dice Zhu. Ciò si traduce in CNT con un buon allineamento.

Questi CNT allineati vengono quindi avvolti su una bobina rotante e spruzzati con una soluzione polimerica per legare insieme i CNT. Questo crea un materiale composito simile a un nastro che ha un'alta percentuale di CNT in volume, che a sua volta può essere utilizzato per realizzare strutture composite CNT da utilizzare in prodotti finiti come aeroplani e biciclette. Ma questo non risolve la necessità di raddrizzare i CNT.

Per raddrizzare i CNT, Zhu e il suo team hanno allungato i CNT mentre i nanotubi vengono tirati sulla bobina rotante. Questo processo migliora la resistenza alla trazione del "nastro" composito CNT di circa il 90% (a una media di 3,5 gigapascal) e la rigidità di oltre il 100%. Raddrizzando i CNT, i ricercatori sono stati anche in grado di quasi triplicare la conduttività termica del composito CNT, a 40 watt per metro per kelvin. La conduttività elettrica è stata aumentata del 50 percento a 1, 230 Siemens per metro.

Il documento sull'allungamento dei CNT per raddrizzarli, "Ultraforte, Film rigidi e multifunzionali assemblati da nanotubi di carbonio superallineati, " è pubblicato online nel numero inaugurale della rivista Lettere di ricerca sui materiali .