Международная группа материаловедов долгие девять лет разрабатывала способ действительно массового производства длинных волокон из углеродных нанотрубок. Ученые разработали технологию, позволяющую изготавливать нановолокно толщиной 50 микрон из нанотрубок, практически неограниченной длины. Исследование увенчалось статьёй в Nature Nanotechnology.

Исследования в рамках этого проекта были начаты еще в 2001 году под руководством ныне покойного лауреата Нобелевской премии Ричарда Смейли (Richard Smalley), который занимался наукой в университете Райса (Rice University). Он и его коллеги обнаружили, что «раствор» нанотрубок позволяет легко выровнять их в одном направлении (обусловлено их формой), что положительно сказывается на свойствах всей массы.

Однако создать такой раствор не так-то просто, нанотрубки не растворяются в веществах, обычно используемых для этой цели. В 2003 году химики из Райса обнаружили, что нанотрубки можно «растворить» в серной кислоте и затем работать с их массой, как с жидкостью. Кислота как бы покрывает нанотрубки оболочкой из положительно заряженных атомов.

Позже оказалось, что просто найти растворитель недостаточно. Надо подобрать такую его версию (и концентрацию), чтобы микроскопические «палочки» выстроились в большую, хорошо организованную структуру. Тогда для получения волокон высокого качества, массу можно будет продавливать через подобие мясорубки или душевой насадки. Кроме того, могут быть использованы все те технологии, что были созданы до сих пор для обработки пластмассы.

Последние пять лет учёные из Райса при помощи коллег из Института нанонауки и технологий (Institute for Nanoscale Science and Technology), университета Пенсильвании (University of Pennsylvania) и израильского технологического университета Technion создавали и изучали самые разные растворы нанотрубок в кислотах.

Израильтяне, чтобы лучше исследовать получаемые массы, существенно дорабатывали существующие методы анализа. При этом вся команда участвовала в пополнении копилки знаний этой неизведанной области науки (подробности в пресс-релизе университета Райса).

Быстрой такую интернациональную работу не назовёшь. Зато теперь мы хорошо разобрались во многих процессах, можем предсказать и знаем как контролировать поведение нанотрубок, — рассказывает профессор Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Райса.

Кстати, лучшим растворителем была признана хлорсульфоновая кислота (chlorosulphonic acid) с концентрацией до 0,5 весовых процента. В ней нанотрубки самопроизвольно растворялись примерно в тысячу раз лучше, чем в других.

Сейчас мы работаем над созданием электрических линий передач. Металлические углеродные нанотрубки проводят электрический ток лучше меди, при этом они меньше весят и лучше работают, — поясняет Паскуали.

«Прелесть в том, что сейчас, если нам кто-либо поставит один грамм чистых металлических нанотрубок, мы сможем через несколько дней вернуть им волокно, весом в один грамм», – подводит итог Маттео. На фото учёный демонстрирует одну из таких «ниток» (фото Rice University)

Правда, исследователи могут похвастаться высокопроводящими, но не очень прочными волокнами (по сравнению с другими материалами на основе углерода). Маттео полагает, что в будущем это неприятное обстоятельство можно будет обойти путём использования более длинных углеродных нанотрубок. Такой способ теоретически должен увеличить прочность в 10 раз.

Как ни странно, но одним из ограничений для создания таких длинных проводящих волокон является отсутствие отработанного процесса производства самих нанотрубок (то есть исходного материала). Пока во всём мире лишь единичные команды учёных могут похвастаться возможностью контроля за составом производимого материала.

Также в ходе экспериментов выяснилось, что некоторая часть произведенных нанотрубок обладает свойствами полупроводников, что делает их непригодными для использования в качестве линий электропередачи. У ученых пока еще нет ни одного подходящего решения, с помощью которого они смогут производить нанотрубки без полупроводниковой составляющей. С другой стороны, исследования в этой области продолжаются, результаты некоторых научных экспериментов позволяют надеяться, что прорыв в этой области произойдет в ближайшее время.

Читайте также:

Карбоновые нанотрубки: нанонити длиной в километр

Выращены углеродные нанотрубки рекордной длины – 18,5 см