Новости
Углеродные нанотрубки универсальные наноматериалы

Углеродные нанотрубки – универсальные наноматериалы

Углеродные нанотрубки (УНТ) – наиболее крепкие волокна с пределом прочности на разрыв 50–200 ГПа. Эти «крошечные силачи» удивляют своими высокими механическими, электрическими, оптическими, термическими, а также транспортными свойствами, что позволяет использовать их для решения самых разных задач. Они широко применяются в микроэлектронике (нанопровода, прозрачные проводящие поверхности), нейрокомпьютерных разработках, оптике (дисплеи, светодиоды) и многих других отраслях науки и техники.

Из-за своей уникальной структуры и свойств углеродные нанотрубки привлекают к себе внимание ученых во всем мире. Активно ведутся поиски новых возможностей их применения. При этом предлагаются как вполне реальные идеи, так и совершенно фантастические. Известно, что композиты из парафина углеродных трубок могут преобразовывать тепловую и световую энергии в механическую и могут применяться для выработки электроэнергии из солнечного света. Однослойные углеродные нанотрубки используются как миниатюрные датчики для мониторинга окружающей среды в военных, медицинских и биотехнологических целях. Международной команде учёных из университета Техаса удалось создать искусственную мышцу путем введения парафина в скрученную нить из нанотрубок, причем она оказалась в 85 раз (!) сильнее человеческой. Выдающиеся механические свойства нанотрубок позволяют рассматривать их даже в качестве троса для космического лифта! Правда это, как Вы, наверное, уже догадались, пока только гипотетические идеи.

В чем же подвох? Почему синтез и применение УНТ в промышленных масштабах все еще далеки от реальности? Сложность изучения и использования углеродных нанотрубок начинается с их получения. Оказывается, УНТ обычно представляют собой агломераты (пучки), не обладающие уникальными свойствами однослойных нанотрубок, что значительно ограничивает их применение. Существующие методы решения этой проблемы – физические и химические – требуют больших затрат времени, энергозатратны, кроме того, могут вызывать физические повреждения (высокоэнергетический ультразвук и высокоскоростное центрифугирование) или нарушать структуру нанотрубок (химическая функционализация). В последние годы многие исследователи сочетают нековалентную функционализацию (обработка УНТ поверхностно-активными веществами) и различные физические методы с целью получения отдельных углеродных нанотрубок.

Сотрудниками Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН совместно с учеными из Инновационного центра Сколково и Института общей физики          им. А.М. Прохорова РАН предложена новая надежная технология диспергирования высококачественных однослойных углеродных нанотрубок. Учеными показано, что распыление УНТ из суспензии в сверхкритическом азоте (из сосуда высокого давления через специальное сопло) в водный раствор облегчает процесс разделения их на отдельные нанотрубки.

Сверхкритический азот обладает свойствами, промежуточными между его газообразной и жидкой формами, и может служить заменой органических растворителей в некоторых химических процессах.

Присутствие в растворе поверхностно-активного вещества, которое покрывает одиночные нанотрубки, не позволяет произойти процессу обратной агломерации. Этот метод значительно сокращает продолжительность диспергирования, увеличивает выход однослойных нанотрубок и уменьшает их повреждение по сравнению с механическим воздействием ультразвуком.

Подробнее об этих исследованиях рассказывается в статье, опубликованной в журнале Carbon: P.M. Kalachikova, A.E. Goldt, E.M. Khabushev, T.V. Eremin, K.B. Ustinovich, A. Grebenko, O.O. Parenago, T.S. Zatsepin, O.I. Pokrovskiy, E.D. Obraztsova, A.G. Nasibulin. Direct injection of SWCNTs into liquid after supercritical nitrogen treatment // Carbon. - 2019. DOI: 10.1016/j.carbon.2019.06.003


младший научный сотрудник ИОНХ РАН,
Петяева Мария Михайловна


Оригинальный материал: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622319305627?via%3Dihub