Quattro stati continui di (a) polveri di nanotubi di carbonio in solvente a base di cresolo:(b) una dispersione diluita per la colata di film sottili, (c) una pasta densa per il rivestimento di lamelle, la pittura, serigrafia o fabbricazione di compositi, (d) un gel autoportante per la stampa 3D, e infine (e) un impasto lavorabile che può essere facilmente trasformato in varie forme. Credito:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
Jiaxing Huang della Northwestern University è pronta a riaccendere la ricerca sui nanotubi di carbonio. E lo fa con una sostanza chimica comune che una volta veniva utilizzata nei detergenti per la casa.
Utilizzando un economico, già prodotto in serie, solvente semplice chiamato cresolo, Huang ha scoperto un modo per creare nanotubi di carbonio dispersi a concentrazioni senza precedenti senza la necessità di additivi o dure reazioni chimiche per modificare i nanotubi. In una svolta sorprendente, Huang ha anche scoperto che all'aumentare delle concentrazioni dei nanotubi, il materiale passa da una dispersione diluita a una pasta densa, poi un gel autoportante e infine un impasto impastabile che può essere modellato e modellato.
Lo studio è stato pubblicato online il 14 maggio nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
"Grazie alla loro eccezionale meccanica, proprietà termiche ed elettriche, i nanotubi di carbonio hanno attirato molta attenzione per una serie di applicazioni, " disse Huang, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla McCormick School of Engineering della Northwestern. "Ma dopo decenni di ricerca e sviluppo, parte dell'entusiasmo è svanito".
La ragione? I nanotubi di carbonio sono notoriamente difficili da elaborare, specialmente in grandi quantità. Circa 10, 000 volte più sottile di un capello umano, il nerboruto, si dice che le strutture a forma di tubo siano più resistenti dell'acciaio e conducano calore ed elettricità molto meglio del rame. Ma quando vengono prodotti in serie, di solito sotto forma di polveri, i tubi si attorcigliano e si aggregano. Questa complicazione è una delle principali barriere alle applicazioni diffuse del materiale.
L'impasto a base di nanotubi di carbonio può essere trasformato in forme arbitrarie, come un nastro autoportante mediante laminazione a freddo. Credito:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
"I tubi aggregati sono difficili da disperdere nei solventi, " disse Huang. "E se non riesci a ottenere una buona dispersione, quindi non sarai in grado di realizzare film sottili di nanotubi di alta qualità su cui si basano molte applicazioni."
Per aggirare questo problema, precedenti ricercatori hanno utilizzato additivi per rivestire i nanotubi, che alterava chimicamente le loro superfici e le costringeva a separarsi. Sebbene questi metodi funzionino, lasciano residui o alterano le strutture superficiali dei nanotubi, che possono smussare le loro proprietà desiderabili.
Al contrario, Il team di Huang ha scoperto che il cresolo non deteriora le funzioni superficiali dei nanotubi di carbonio. E, dopo aver separato i tubi aggrovigliati, i ricercatori possono semplicemente rimuovere la sostanza chimica lavandola via o riscaldandola finché non evapora.
L'impasto a base di nanotubi di carbonio può essere trasformato in forme arbitrarie definite da uno stampo. Credito:Jiaxing Huang Group, Northwestern University
Trovare impasti inaspettati
Dopo aver sbloccato un nuovo modo per produrre nanotubi di carbonio in concentrazioni sempre più elevate, Huang e il suo team hanno scoperto nuove forme del materiale. All'aumentare della concentrazione di nanotubi di carbonio, il materiale passa da una dispersione diluita a una pasta spalmabile, a un gel autoportante e infine a una pasta impastabile. Queste varie forme possono essere modellate, rimodellato o utilizzato come inchiostro conduttivo per la stampa 3D.
"Lo stato di impasto dei nanotubi è affascinante, " ha detto Kevin Chiou, uno studente laureato nel laboratorio di Huang e primo autore dell'articolo. "Può essere facilmente modellato e modellato in strutture arbitrarie proprio come la plastilina".
"Essenzialmente, questo sistema di solventi ora fa sì che i nanotubi si comportino proprio come i polimeri, "Ha detto Huang. "È davvero emozionante vedere i solventi a base di cresolo rendere i nanotubi di carbonio, una volta difficili da lavorare, utilizzabili come la plastica comune".
