ابداع روشي براي جاسازي نانولوله‌هاي کربني در کامپوزيت‌هاي پليمري

اخيراً جمعي از محققان ايرلندي در دانشگاه دوبلين و مرکز تحقيقات مواد نانوساختار (CRANN)، موفق به دستيابي روشي مؤثر براي جاي‌دهي نانولوله‌هاي کربني در کامپوزيت‌هاي پليمري، بويژه کولار شده‌اند.

کد خبر: ۲۶۴۱۳

دوشنبه - ۲۱ ارديبهشت ۱۳۸۸ / May 11, 2009

به گزارش گروه علمي و آموزشي «شبکه خبر دانشجو»، نانولوله‌هاي کربني با توجه به خواص حيرت‌انگيزي که دارند (يک پنجم چگالي فولاد و استحکامي معادل با30 برابر آن و مدول يانگ) به مراتب بهتر از ديگر انواع رشته‌هاي کربني بوده و پرکننده‌هاي مکانيکي بسيار مناسبي براي تقويت پليمرها به شمار مي‌آيند، بنابراين متخصصان علم مواد سعي دارند تا با استفاده از آن، پليمرهاي کامپوزيتي فوق‌العاده محکمي را بسازند كه داراي عملکرد بسيار بالايي است.

روش‌هاي کنوني ساخت کامپوزيت‌هاي پليمري كه داراي نانولوله‌هاي کربني است (قرار دادن نانولوله‌هاي کربني در محلول پليمري مذاب)، بسيار پيچيده، پرهزينه و زمان‌بر است، ضمن آن که در پليمرهاي غيرمحلول يا حساس به دما نيز قابل اجرا نيستند؛ زيرا موجب تجزيه اين پليمرها مي‌شوند.

يکي از انواع پرکاربرد و شناخته‌شده‌ کامپوزيت‌هاي پليمري، کولار (Kevlar) است که از جمله کاربردهاي آن ساخت جليقه‌هاي ضد گلوله و سپر خودروهاست.

با اين حال اين ماده در هيچ يک از حلال‌هاي معمولي حل نشده، فاقد نقطه‌ ذوب هستند و در دماي بيش از 400 درجه سانتيگراد هم تجزيه مي‌شوند، همچنين توليد الياف اين ماده تنها طي فرايند نخ‌ريسي مرطوب‌شده با محلول اسيد سولفوريک امکان‌پذير است.

در اين روش کاملاً جديد و متفاوت، نخ‌ها يا الياف تجاري کولار پس از شکل‌‌گيري کامل، به مدت معيني در مخلوط معلقي از نانولوله‌هاي کربني و يک پليمر آلي (NMP) (ان‌– متيل پيروليدين) قرار گرفته، با ايجاد يک حمام مافوق صوت، نوعي کامپوزيت جديد کولار- نانولوله با خواص مکانيکي بهبوديافته را ايجاد مي‌كنند.

اين محققان دريافتند که طي اين فرايند تمامي شاخص‌هاي مکانيکي اين ماده (از جمله مدول يانگ، کشش در حال بدون بار و سختي) بهبود قابل توجهي يافته‌است.

اين در حالي بود که نانولوله‌هاي اضافه‌شده تنها چيزي بين 75/1-1 درصد از وزن رشته‌هاي کولار را تشکيل مي‌دادند.

آنها اميدوارند بتوانند از اين روش در ساير نانوسيستم‌ها و مواد پليمري (به‌عنوان مثال جاي‌دهي نانوذرات، نانولوله‌ها، نانوسيم‌ها و ديگر نانومواد در نخ‌ها، رشته‌ها و فيلم‌هاي پليمري پيش‌ساخته) استفاده كنند و به اين ترتيب فرصت‌هاي کاملاً جديدي را در حوزه‌ وسيع و مهم نانوکامپوزيت‌هاي پليمري پديد آورند.

به عقيده‌ محققان، اين کامپوزيت‌هاي جديد کاربردهاي فراوان و مهمي خواهند يافت.

يکي از کاربردهاي نويدبخش در اين عرصه، توليد کامپوزيت‌هاي پليمري نانولوله‌‌ کربني رسانا (اعم از فيلم و سيم) است که مي‌تواند به‌عنوان الکترود در نمايشگرهاي انعطاف‌پذير، الکترونيک کاغذي، پيل‌هاي خورشيدي و ابزارهاي الکترونيکي مختلف استفاده شود.

يکي ديگر از زمينه‌هاي تحقيقاتي بسيار نويدبخش در آينده، استفاده از نانولوله‌هاي کربني به‌عنوان افزودني‌هاي تقويت‌کننده در انواع مختلف رشته‌ها و فيلم‌هاي پليمري است.

کاربردهاي بالقوه‌اي که براي اين مواد پليمري – نانولوله‌اي جديد و فوق‌العاده محکم وجود خواهد داشت، عبارتند از ساخت جليقه‌هاي ضد گلوله، لباس‌هاي محافظ، کامپوزيت‌هاي داراي عملکرد بالا براي استفاده در صنايع خودروسازي و هواپيما‌سازي (مثلاً در کمربندها، کابل‌ها و تقويت لاستيک‌ها، بخش داخلي ترمزها، سپرها و...)

البته توسعه‌ اين روش همچنان با چالش‌هايي روبرو است که از آن جمله مي‌توان به لزوم تهيه مخلوط‌هاي معلق پايدار از نانوذرات عامل‌دارشده‌ جديد، ضرورت قابل بازيابي بودن حلال مورد استفاده (براي آنکه اين روش ارزش تجاري داشته و دوستار محيط زيست به شمار آيد) و اهميت يافتن راهکاري براي رفع سميت احتمالي اين نانوکامپوزيت‌هاي پليمري جديد اشاره کرد.

لازم به ذکر است، يافته‌هاي اين محققان در مقاله‌اي در شماره‌ 2 فوريه 2009 مجله Small به‌صورت آن‌لاين منتشر شده‌ است./انتهاي پيام/