Cuatro estados continuos de (a) polvos de nanotubos de carbono en solvente a base de cresol:(b) una dispersión diluida para moldear películas delgadas, (c) una pasta espesa para el recubrimiento con cuchillas, cuadro, serigrafía o fabricación de compuestos, (d) un gel autoportante para impresión 3D, y finalmente (e) una masa amasable que se puede transformar fácilmente en varias formas. Crédito:Grupo Jiaxing Huang, Northwestern University
Jiaxing Huang de la Universidad Northwestern está lista para reactivar la investigación de nanotubos de carbono. Y lo está haciendo con un químico común que alguna vez se usó en limpiadores domésticos.
Al utilizar un económico, ya producido en masa, solvente simple llamado cresol, Huang ha descubierto una forma de producir nanotubos de carbono dispersos en concentraciones sin precedentes sin la necesidad de aditivos o reacciones químicas severas para modificar los nanotubos. En un giro sorprendente Huang también descubrió que a medida que aumentan las concentraciones de nanotubos, el material pasa de una dispersión diluida a una pasta espesa, luego un gel independiente y finalmente una masa amasable que se puede moldear y moldear.
El estudio fue publicado en línea el 14 de mayo en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
"Debido a su mecánica excepcional, propiedades térmicas y eléctricas, Los nanotubos de carbono han atraído mucha atención para una serie de aplicaciones, "dijo Huang, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern. "Pero después de décadas de investigación y desarrollo, algo de la emoción se ha desvanecido ".
¿La razón? Los nanotubos de carbono son muy difíciles de procesar, especialmente en grandes cantidades. Como 10, 000 veces más delgado que un cabello humano, el enjuto Se dice que las estructuras en forma de tubo son más fuertes que el acero y conducen el calor y la electricidad mucho mejor que el cobre. Pero cuando se producen en masa, generalmente en forma de polvos, los tubos se retuercen y se agrupan. Esta complicación es una barrera importante para las aplicaciones generalizadas del material.
La masa a base de nanotubos de carbono se puede transformar en formas arbitrarias, como una tira independiente por laminación en frío. Crédito:Grupo Jiaxing Huang, Northwestern University
"Los tubos agregados son difíciles de dispersar en solventes, "Dijo Huang." Y si no puedes conseguir una buena dispersión, entonces no podrá hacer películas delgadas de nanotubos de alta calidad de las que dependen muchas aplicaciones ".
Para evitar este problema, investigadores anteriores utilizaron aditivos para recubrir los nanotubos, que alteraron químicamente sus superficies y las obligaron a separarse. Aunque estos métodos funcionan, dejan residuos o alteran las estructuras superficiales de los nanotubos, que puede embotar sus propiedades deseables.
Por el contrario, El equipo de Huang descubrió que el cresol no deteriora las funciones superficiales de los nanotubos de carbono. Y, después de separar los tubos enredados, los investigadores pueden simplemente eliminar el químico lavándolo o calentándolo hasta que se evapore.
La masa a base de nanotubos de carbono se puede transformar en formas arbitrarias definidas por un molde. Crédito:Grupo Jiaxing Huang, Northwestern University
Encontrar amasados inesperados
Después de desbloquear una nueva forma de fabricar nanotubos de carbono en concentraciones cada vez más altas, Huang y su equipo descubrieron nuevas formas del material. A medida que aumenta la concentración de nanotubos de carbono, el material pasa de una dispersión diluida a una pasta untable a un gel independiente y finalmente a una masa amasable. Estas diversas formas se pueden moldear, remodelado o utilizado como tinta conductora para impresión 3D.
"El estado de la masa de los nanotubos es fascinante, "dijo Kevin Chiou, estudiante de posgrado en el laboratorio de Huang y primer autor del artículo. "Se puede moldear y moldear fácilmente en estructuras arbitrarias, como plastilina".
"Esencialmente, este sistema solvente ahora hace que los nanotubos se comporten como polímeros, "Es realmente emocionante ver que los solventes a base de cresol hacen que los nanotubos de carbono que alguna vez fueron difíciles de procesar sean tan utilizables como los plásticos comunes", dijo Huang.
