Fibras similares a hilos creadas con un nuevo Los métodos rápidos de la Universidad de Rice están hechos de miles de millones de nanotubos de carbono que pueden alinearse rápidamente mediante la fuerza de corte entre los portaobjetos. Crédito:Formas complejas de fluidos complejos / Rice University
Los términos "hecho a mano" y "alta tecnología" no suelen encontrarse en la misma oración, pero ambos aplican a un método de la Universidad de Rice para producir fibras rápidamente a partir de nanotubos de carbono.
El método desarrollado por el laboratorio Rice del químico Matteo Pasquali permite a los investigadores hacer largos cortos de fibras conductoras de pequeñas muestras de nanotubos a granel en aproximadamente una hora.
El trabajo complementa el método pionero de 2013 de Pasquali para hilar carretes completos de fibras de nanotubos similares a hilos para la industria aeroespacial. automotor, aplicaciones médicas y de ropa inteligente. Las fibras parecen hilos de algodón pero funcionan como alambres de metal y fibras de carbono.
Puede tomar gramos de material y semanas de esfuerzo optimizar el proceso de hilado de fibras continuas, pero el nuevo método lo reduce a la medida, incluso si requiere un poco de procesamiento práctico.
Pasquali y el autor principal y estudiante de posgrado Robby Headrick informaron en Materiales avanzados que alinear y retorcer las fibras similares a cabellos es bastante simple.
Primero, Headrick hace películas. Después de disolver una pequeña cantidad de nanotubos en ácido, coloca la solución entre dos portaobjetos de vidrio. Al moverlos rápidamente uno al lado del otro, se aplica una fuerza de corte que hace que los miles de millones de nanotubos dentro de la solución se alineen. Una vez que las películas resultantes se depositan sobre el vidrio, pela secciones y las enrolla en fibras.
Robby Headrick usa un dispositivo construido por su padre, un carpintero, que mantiene un portaobjetos estable mientras que el otro se mueve para crear fuerzas de corte que alinean los nanotubos de carbono entre ellos. Los nanotubos forman una película que se puede pelar y enrollar a mano para crear nanofibras cortas para realizar pruebas. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
"La película está en estado de gel cuando la despego, que es importante para obtener una fibra completamente densificada, "Dijo Headrick." Cuando está mojado, lo retuerces en toda la sección transversal de la estructura, y cuando lo secas, la presión capilar lo densifica ".
Headrick no estaba satisfecho con la reproducibilidad de sus experimentos iniciales y discutió el procedimiento con su padre. Robert, un carpintero aficionado. Al anciano Headrick se le ocurrió rápidamente un dispositivo simple para sostener los portaobjetos y controlar el proceso de cizallamiento.
Las fibras de nanotubos secas tienen unos 7 centímetros de largo; el rendimiento eléctrico es equivalente a las fibras largas creadas por el método de hilado original, pero aún más denso con una resistencia a la tracción de hasta 3,5 gigapascales (GPa), mejor que las fibras hiladas. Los investigadores esperan que los nanotubos 50, 000 a 70, 000 veces más largos que anchos producirán fibras de 35 a 40 GPa, sobre la fuerza de un nanotubo de carbono individual.
"Podemos procesar todo tipo de nanotubos exactamente de la misma manera para obtener estructuras y propiedades óptimas de las fibras, ", Dijo Headrick." Acelera las cosas y nos permite explorar nanotubos que solo están disponibles en pequeñas cantidades ".
El estudiante graduado de Rice University, Robby Headrick, extrae una tira de nanotubos de carbono alineados de un portaobjetos. El método del laboratorio para fabricar nanotubos cortos toma semanas del tiempo necesario para hacer muestras para las pruebas. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University
Pasquali dijo que el proceso reproduce la alta alineación de nanotubos y la alta densidad de empaquetamiento típica de las fibras producidas mediante hilatura. pero de un tamaño suficiente para las pruebas de resistencia y conductividad.
"Ahora usamos esto como una prueba de laboratorio rápida para evaluar nuevos materiales y crear propiedades objetivo para el método a gran escala, ", Dijo Pasquali." Sabremos de antemano lo que el material puede ofrecer, mientras que antes, solo pudimos inferirlo. Esto podría ser especialmente importante para los productores de nanotubos de carbono que desean cambiar las condiciones de su reactor para darles una respuesta rápida o para el control de calidad. así como para probar muestras que han sido clasificadas por tipo metálico versus semiconductor o incluso helicidad ".
