Американским учёным удалось разработать новую технологию производства крупных объектов из углеродных нанотрубок, пригодных для плетения сверхпрочных и электропроводных нитей.

«Мы создали волокно из нанотрубок со свойствами, которыми не обладает ни один материал, — рассказывает руководитель исследовательской группы Маттео Паскуали (Matteo Pasquali) из Университета Райса(США). — Его нить похожа на обычную хлопчатобумажную нитку чёрного цвета, но при этом совмещает в себе свойства металлических проводов и прочных углеродных трубок».

Рис. 1. На этой скромной зелёной катушке десятки метров сверхпрочного электропроводящего волокна. (Здесь и ниже фото J. Fitlow / Rice University).

Учёным не давала покоя основная проблема вроде бы многообещающих, но до недавних пор весьма непрактичных нанотрубок — отсутствие отработанной технологии производства из них сколько-нибудь крупных объектов. Прямые механические манипуляции сложны, трудоёмки и дороги. Поэтому ни колоссальная прочность, ни электропроводность на уровне алюминия и меди пока не принесли им успеха в практических приложениях: углепластик тоже намного прочнее стали, однако, как показал опыт, вытеснить последнюю ему по сходным технологическим причинам не грозит.

Г-н Паскуали попытался решить проблему при помощи нетривиального подхода. Его группа использовала в качестве растворителя для углеродных нанотрубок хлорсульфоновую кислоту. В таком растворе они ведут себя однообразно и относительно управляемо, что позволяет выстраивать их в определённые микроконструкции и даже плести волокно посредством специального экструзионно-намоточного агрегата вроде тех, что применяются для изготовления кевларового волокна.

Рис. 2. В наномасштабах волокно, близкое по диаметру к человеческому волосу, выглядит как единое целое.

Подбором оптимальной толщины учёным удалось создать 50-метровую нить с прочностью и электропроводностью, равной индивидуальным нанотрубкам, при теплопроводности, характерной для графита. Длина получаемой нити в таком процессе принципиально ничем не ограничена.

Авторы технологии полагают, что первыми за неё ухватятся изготовители проводов. Ведь нити одинаковой электропроводности будут куда легче металлических и несравнимо прочнее их.

В электронике же их прочность может оказаться ещё важнее. Как отмечает г-н Паскуали, шины передачи данных в бытовой технике теоретически можно делать намного более тонкими, экономя недешёвые материалы и место внутри приборов и гаджетов. Но слишком тонкие металлические провода будут непрочными, в то время как для углеродных нанотрубок прочность сохранится в приемлемом диапазоне, позволяя минимизировать место, занимаемое шинами и проводниками.

Ну и сам по себе вес электропроводки в практических приложениях вроде того же самолётостроения весьма значителен, и его сокращение заметно упростит жизнь авиации.

Впрочем, потенциальных применений может быть масса: прочность такой нити намного выше той же кевларовой, используемой в некоторых видах бронезащиты. Бросим беглый взгляд на полученную нить:

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.