(Phys.org) - Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado nuevas técnicas para estirar los nanotubos de carbono (CNT) y usarlos para crear compuestos de carbono que se pueden usar como más fuertes, materiales más ligeros en todo, desde aviones hasta bicicletas.

Al estirar el material CNT antes de incorporarlo a un compuesto para su uso en productos terminados, los investigadores enderezan los CNT en el material, lo que mejora significativamente su resistencia a la tracción y mejora la rigidez del material compuesto y su conductividad eléctrica y térmica.

Los compuestos de fibra de carbono de última generación se utilizan actualmente para construir aviones y otros productos donde son fuertes, son deseables materiales ligeros. Aviones más ligeros, por ejemplo, son más eficientes en combustible. Sin embargo, Los investigadores han pensado durante mucho tiempo que si estos compuestos pudieran fabricarse con CNT, podrían ser igual de fuertes, pero 10 veces más ligero. O podrían tener el mismo peso pero 10 veces más fuerte.

La creación de un compuesto de CNT fuerte requiere cuatro características. Primero, necesita CNT largos, que son más eficaces para transportar cargas. Segundo, los CNT deben alinearse en filas. Tercera, los CNT en el material se mantienen unidos por un polímero o resina, y debe tener una alta proporción de CNT a polímero en el material compuesto terminado. Cuatro, necesita que los CNT sean lo más directos posible, para que el material soporte el peso de manera uniforme.

Por décadas, los investigadores no han podido lograr estos objetivos. Pero ahora un equipo de investigación, dirigido por el Dr. Yuntian Zhu, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en NC State, ha desarrollado una solución.

"La nueva técnica comienza con una matriz CNT, "Zhu dice, "que parece un bosque de NTC que crecen en un sustrato plano". Debido a que la relación de aspecto de estos CNT es alta, son largos y delgados, no rígidos. Eso significa que los CNT se apoyan entre sí en la matriz. "Al tomar los CNT en un extremo de la matriz, podemos ponerlos de lado, y todos los demás CNT de la matriz se derrumban en la misma dirección, "Dice Zhu. Esto da como resultado CNT con una buena alineación.

Estos CNT alineados luego se enrollan en un carrete giratorio y se rocían con una solución de polímero para unir los CNT. Esto crea un material compuesto similar a una cinta que tiene un alto porcentaje de CNT por volumen, que a su vez se puede utilizar para fabricar estructuras compuestas de CNT para su uso en productos terminados como aviones y bicicletas. Pero eso no aborda la necesidad de enderezar las CNT.

Para enderezar los CNT, Zhu y su equipo estiraron los CNT mientras los nanotubos se colocaban en el carrete giratorio. Este proceso mejora la resistencia a la tracción de la "cinta" compuesta de CNT en aproximadamente un 90 por ciento (a un promedio de 3,5 gigapascales) y la rigidez en más del 100 por ciento. Al enderezar los CNT, Los investigadores también pudieron casi triplicar la conductividad térmica del compuesto CNT, a 40 vatios por metro por kelvin. La conductividad eléctrica se incrementó en un 50 por ciento a 1, 230 siemens por metro.

El documento sobre estirar los CNT para enderezarlos, "Ultra fuerte, Películas rígidas y multifuncionales ensambladas a partir de nanotubos de carbono superalineados, "se publica en línea en el número inaugural de la revista Cartas de investigación de materiales .