ساخت رشته سیم حاوی نانولوله‌کربنی برای صنایع حساس و هوافضا

به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از ستاد ویژه توسعه فناوری‌های نانو و میکرو، نانولوله‌های کربنی ساختارهایی استوانه‌ای هستند که از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند که به شکل شش ضلعی با قطری به اندازه چند نانومتر هستند. در مقام مقایسه، یک تار موی انسان حدود ۱۰۰ هزار نانومتر ضخامت دارد. نانولوله‌های کربنی ۱۰۰ برابر قوی‌تر از قطعات فولادی هم اندازه آن‌ها هستند و تنها کسری از وزن آن‌ها را دارند.

اما کشف چگونگی اتصال ده‌ها هزار عدد از این لوله‌های کوچک به یک فیبر قابل مشاهده و قابل استفاده، یک کار چالش‌برانگیز است، کاری که جامعه تحقیقاتی بیش از دو دهه طول کشید تا به آن دست یابد.

برای غلبه بر این چالش‌ها، دانشمندان آزمایشگاه ملی علوم مواد شنیانگ، روش متداول تشکیل الیاف موسوم به ریسندگی مرطوب با جت خشک را بهبود بخشیدند تا از حفظ خواص نانولوله‌ها اطمینان حاصل کنند.

این تیم توسط لیو چانگ و هو پنگ شیانگ از موسسه شنیانگ که زیر نظر آکادمی علوم چین در استان لیائونینگ فعالیت می‌کند، رهبری می‌شود. یافته‌های آن‌ها ماه گذشته در قالب مقاله‌ای در مجله Advanced Functional Materials منتشر شد.

بر اساس اطلاعات این مقاله، الیاف به‌دست‌آمده در این پروژه از هدایت الکتریکی بالایی برخوردار هستند. نویسندگان می‌گویند که رسانایی سیم آن‌ها ۸۶ درصد مس است که یک رسانای فلزی عالی الکتریسیته است.

به گفته محققان، این الیاف ویژگی‌های مطلوب دیگری مانند استحکام کششی ۱.۶۵ گیگا پاسکال (GPa) را نشان می‌دهند که برای الیاف تولید شده با این روش در میان بالاترین‌هاست. محققان همچنین عملکرد این الیاف را آزمایش کردند و دریافتند که یکپارچگی و رسانایی آن‌ها پس از بیش از ۵۰۰۰ چرخه خمشی به خوبی حفظ شده است.

به گفته گائو انلای، دانشیار دپارتمان مکانیک مهندسی دانشگاه ووهان، فیبر کربنی برای ساخت مواد با کارایی بالا مناسب است موادی که در بخش‌های فناوری پیشرفته مانند هوافضا استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، بسیاری از ماژول‌های هواپیماهای ایرباس و بوئینگ از کامپوزیت‌های تقویت شده با فیبر کربنی ساخته شده‌اند.

تیم شنیانگ به عنوان بخشی از نوآوری خود در روش ریسندگی، دستگاه جدیدی را طراحی و ساختند که قادر است نانولوله‌ها را در موقعیت‌های خاص تراز کرده و آن‌ها را فشرده کند. گائو گفت: نانولوله‌های کربنی منفرد، اگر به درستی تراز و مونتاژ نشوند، می‌تواند بر عملکرد کلی محصول نهایی تاثیر بگذارد.

در ماه ژوئن، گائو و همکارانش مقاله‌ای در مجله Science منتشر کردند و در آن نشان دادند که چگونه الیاف نانولوله کربنی با قدرت دینامیکی تا ۱۴ گیگاپاسکال، بسیار قوی‌تر از هر ماده فیبری شناخته‌شده، قابل تولید است.