Американские физики создали новый вид углеродных нанотрубок, пригодных для использования в качестве материала для плетения сверхпрочных и электропроводных «ниток», и опубликовали инструкцию по их созданию в журнале Science.
«Наконец-то нам удалось создать волокно из нанотрубок со свойствами, которыми не обладает ни один другой материал. Оно похоже на обычную черную хлопчатобумажную нитку, но сочетает в себе свойства металлических проводов и прочных углеродных трубок», — заявил руководитель группы физиков Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из университета Райса в Хьюстоне (США).
Паскуали и его коллеги смогли приспособить нанотрубки для использования в промышленных целях после десяти лет экспериментов по «упаковке» и связыванию отдельных нанотрубок в подобие нити.
Как отмечают исследователи, с момента открытия углеродных нанотрубок в 1991 году им прочили большое будущее в современной промышленности. Они обладают множеством полезных свойств — хорошей электро- и теплопроводностью, высокой прочностью и механической устойчивостью. Первые же эксперименты показали, что нанотрубки крайне сложно применять на практике из-за их малых размеров и сложностей в их соединении и сплетении в единые волокна.
Авторы статьи смогли решить эту проблему при помощи специального растворителя — хлоросульфоновой кислоты, способной растворить углеродные нанотрубки. По словам Паскуали и его коллег, данный раствор представляет собой густую жидкость, в которой единичные трубки ведут себя как жидкие кристаллы.
Исследователи изучили свойства раствора и с удивлением выяснили, что его можно использовать для плетения волокна в прядильной машине, используемой для изготовления кевлара и других полимеров. Физики сплели несколько пробных «версий» волокна, постепенно подобрав оптимальные условия для изготовления полноценных нитей из нанотрубок.
Получив достаточное количество нитей, ученые проверили их в деле — они измерили их электро- и теплопроводность, а также оценили механическую прочность. По словам физиков, их изобретение превзошло их самые смелые ожидания — нити сохранили высокую прочность, электро- и теплопроводность индивидуальных нанотрубок.
Как утверждают ученые, их детище проводит ток не хуже, чем провода из алюминия, меди или золота, и при этом углеродные нити гораздо более гибкие, чем металлические проводники. Кроме того, данные нити отличаются высокой теплопроводностью — они не уступают лучшим графитовым нитям, которые считались лидерами в этой области.
Паскуали и его коллеги считают, что их изобретение найдет применение в первую очередь в электронике и авиации, где углеродные нити смогут заменить металлические провода, что облегчит и удешевит конструкцию таких приборов. Кроме того, подобные нити могут стать основой для новых сверхпрочных материалов, обладающих высокой гибкостью и теплопроводностью.
«Металлические провода сломаются при обработке прокатчиком или любым другим видом станков в тех случаях, если они слишком тонкие. Из-за этого мы часто используем относительно толстые металлические провода в электронных приборах, несмотря на то, что в этом нет необходимости. Шины передачи данных в электронике являются ярким примером таких проводников», — заключает Паскуали.
