به دست آوردن خوشه های نانولوله های کربنی

۲۵ بهمن ۱۳۹۶ کافه

ادغام فیبرهای نانومقیاس مانند نانولوله های کربنی (CNTs) به کاربردهای تجاری، از پوشش های به همراهلاتری از هواپیما تا غرق گرما برای محاسبه همراهت تلفن همراه آنها را در مقیاس وسیع و کم هزینه تولید می کنند. رسوبدهی بخار شیمیایی (CVD) یک رویکرد امیدوارکننده برای تولید CNT در مقیاس مورد نیاز هست، اما CNT های تولید شده را که برای اکثر برنامه ها بسیار پراکنده و سازگار هست، تولید می کنند.

هستفاده و تبخیر چند قطره مایع مانند هستون به CNT، یک روش آسان و مقرون به صرفه هست که آنها را به همراه هم تشدید می کند و سختی آنها را افزایش می دهد اما تاکنون هیچ راهی برای پیش بینی هندسه این سلولهای CNT.

محققان MIT در حال حاضر یک روش سیستماتیک برای پیش بینی الگوهای دو بعدی فرم های آرایه ی CNT پس از بسته شدن به همراه هم یا ضخیم شدن به همراه قطرات هستون یا اتانول بسته بندی کرده اند. اندازه سلول های CNT و سختی دیوار به طور نسبی به همراه افزایش ارتفاع سلول رشد می کنند، در گزارش فوریه ۱۴ فیزیک شیمی فیزیک شیمی

یک راه برای فکر کردن به این رفتار CNT این هست که تصور کنید که چگونه فیبر های آغشته شده مانند موهای خیس یا اسپاگتی به طور کل یکدیگر را تقویت می کنند. بزرگتر این منطقه متصل هست، به همراهلاتر مقاومت آن در برابر خم شدن خواهد بود. به همین ترتیب، CNT های طولانی می توانند بهتر در دیوار سلولی یکدیگر را تقویت کنند. محققان همچنین دریافتند که قدرت اتصال CNT به پایه ای که در آنها تولید می شود، در این مورد، سیلیکون، نقش مهمی را در پیش بینی الگوهای سلولی که این CNT ها شکل می گیرد، می دهد.

"این یافته ها به طور مستقیم در صنعت کاربرد دارد؛ زیرا هنگام هستفاده از CVD، شما نانولوله هایی به همراه انحنای، تصادفی و موجی ایجاد می کنید و نیاز به یک روش عالی هست که می تواند به راحتی این نقص ها را بدون شکستن به همراهنک، می گوید: Itai هستین SM '13، PhD '16، که postdoc در گروه Aeronautics و فضانوردی هست. همکاران شامل دانش آموزان علوم مهندسی و مهندسی مهندسی اشلی کایزر، مهندس مکانیک postdoc Kehang Cui، و نویسنده ارشد به همراهیون وردل، هستاد هواشناسي و فضانوردی هست.

"وردل می گوید:" از کار قبلی ما در مورد نانولوله های کربنی تراز شده و کامپوزیت های آنها، متوجه شدیم که سخت تر کردن بسته های CNT ها یک راه بسیار موثر برای ساختن خواص آنههست. " "بخش چالش برانگیز این هست که راه ساده ای برای انجام این کار در مقیاس های مربوط به هواپیمای تجاری (صدها متر) داشته به همراهشیم و قابلیت های پیش بینی شده ای که در اینجا ایجاد کردیم، یک گام بزرگ در این جهت هست."

اندازه گیری دقیق

نانولوله های کربنی به دلیل خواص حرارتی، الکتریکی و مکانیکی آنها که به طور وابسته به جهت هستند، مطلوب هستند. کار قبلی در آزمایشگاه وردل نشان داد که موجبیت سختی آرایه های CNT را به میزان ۱۰۰ به همراهر و تا ۱۰۰۰۰۰ به همراهر کاهش می دهد. اصطلاح فنی برای این سختی یا توانایی خم شدن بدون شکستن، مدول الهستیک هست. نانولوله های کربنی از ۱۰۰۰ تا ۱۰ هزار به همراهر بیشتر از ضخامت آنها هست، بنابراین عمدتا در طول طول آنها تغییر شکل می یابد.

برای یک مقاله پیشین که در مجله Physics Letters کاربردی منتشر شد، هستین و همکارانش از تکنیک های نانوذرات برای اندازه گیری سختی آرایه های نانولوله کربنی تراز هستفاده کردند و سختی آنها را ۱/۱ تا ۱/۱۰۰۰۰ به همراهر کمتر یافت از سختی نظری نانولوله های کربنی فردی. هستین، وردل و دانشجویانی که از MIT فارغ التحصیل MIT بودند، Hülya Cebeci نیز یک مدل نظری را توضیح دادند که تغییرات در تراکم های مختلف بسته بندی نانوسیم ها را توضیح می دهد.

این کار جدید نشان می دهد که CNT هایی که توسط نیروهای مویرگی فشرده شده اند از ابتدا آنها را به همراه هستون یا اتانول مرطوب می کنند و سپس مایعات را نیز تبخیر می کنند و CNT ها را نیز تولید می کنند که از نظر مقادیر نظری، صدها تا هزار برابر کمتر هست. این اثر مویرگی، که به نام elastocapillarity شناخته می شود، شبیه به چگونگی خشک شدن اسفنج بعد از مرطوب شدن و سپس خشک شدن هست.

"یافته های ما همه اشاره به این واقعیت هست که مدول دیوار CNT بسیار پایین تر از مقدار معمولی برای CNT کامل هست زیرا CNT های زیرین مستقیما نیستند"، هستین می گوید. "محاسبه همراهت ما نشان می دهد که دیوار CNT حداقل دو درجه نسبت به سختی کمتر نسبت به انتظار ما برای CNT مستقیم هست، بنابراین می توان نتیجه گرفت که CNT ها به همراهید موجی به همراهشند."

حرارت به قدرت می افزاید

محققان به همراه هستفاده از تکنیک گرما برای افزایش چسبندگی آرایه های اصلی خود، CNT نامطلوب به بستر ویفر سیلیکونی خود هستفاده کردند. CNTs پس از عملیات حرارتی تراکم تقریبه همراه چهار برابر سخت تر از جدا شدن از پایه سیلیکون نسبت به CNT های درمان نشده بود. کایزر و هستین که اولین به همراهر در این مقاله به اشتراک گذاشته می شوند، در حال حاضر یک مدل تحلیلی برای توصیف این پدیده و تنظیم نیروی چسبندگی را فراهم می کنند که پیش بینی و کنترل چنین ساختاری را قادر می سازد.

"بسیاری از کاربردهای نانولوله های کربنی عمودی، ۱۹۴۵۹۰۱۲ مانند اتصال های الکتریکی، از آرایه های بسیار نازک تر از نانولوله ها بیشتر از آنچه که معمولا برای VACNT هایی که به وسیله رسوبه همراهت شیمیایی شیمیایی تولید می شوند، به دست می آید." مصطفی بدوی، هستاد دانشگاه پیتسبورگ، که در این کار دخیل نبود. "به این ترتیب، روشهای تراکم پس از رشد، مانند آنهایی که بر پایه elastocapillarity هستفاده می شوند، قبلا نشان داده اند که ساختارهای جالب و غنی شده CNT را ایجاد می کنند. به همراه این حال، هنوز نیاز به درک کمی از عوامل فیزیکی که سلول های تشکیل دهنده سلول را در آرایه های بزرگ فشرده VACNT تشکیل می دهند، وجود دارد. مطالعه جدید توسط نویسندگان کمک می کند تا به همراه ارائه نتایج تجربی، همراه به همراه بینش مدل سازی، همبستگی پارامترهای مانند ارتفاع VACNT و چسبندگی VACNT-substrate به مورفولوژی سلول حاصل شده پس از تراکم، کمک کند.

"هنوز سوالات به همراهقیمانده در مورد چگونگی تغییرات فضایی تراکم CNT، تورم بودن [twist] و توزیع قطر در ارتفاع VACNT وجود دارد که بر روند تراکم مویرگی تأثیر می گذارد، به خصوص از آنجا که شیب عمودی این ویژگی ها می تواند در مقایسه به همراه دو VACNT می گوید: Bedewy می گوید. "کارهای بیشتری که نقشه برداری فضایی مورفولوژی VACNT داخلی را در بر می گیرد، روشن خواهد شد، اگر چه به نظر می رسد که ترکیب مجموعه ای از تکنیک های مشخصه را به چالش کشیده به همراهشد."

الگوهای نقاشی

کایزر، که یک دانشمند تابستانی ۲۰۱۶ بود، به همراه هستفاده از میکروسکوپ الکترونی اسکن (SEM) در آزمایشگاههای آزمایشگاهی تحقیقاتی MIT، آزمایشگاههای مشترک مشترک به همراه پشتیبه همراهنی NSF-MRSEC، به همراه هستفاده از میکروسکوپ الکترونی اسکن شده (SEM) را تحلیل داد. در حالی که به آرامی هستفاده از مایع به آرایه های CNT در این مطالعه سبب شد تا آنها به سلول های قابل پیش بینی تبدیل شوند، CNT های عمیق غوطه ور در مایع به آنها نیروهای بسیار قوی تر تبدیل می شوند و شبکه های CNT به صورت تصادفی شکل می گیرند. "هنگامی که ما برای اولین به همراهر روشهای densification را آغاز کردیم، متوجه شدم که این روش قدرتمند، آرایههای CNT را به الگوهای بسیار غیرقابل پیشبینی و جالب تبدیل کرده هست." "از نظر اپتیکی و از طریق SEM، این الگوها شبه همراههت زیادی به حیوانات، چهره و حتی قلب داشتند – کمی شبیه به جستجو در اشکال در ابرها بود." نسخه نوری رنگی که قلب CNT را نشان می دهد بر روی جلد نمایش داده می شود نسخه چاپی فوریه ۱۴ فیزیک شیمی فیزیک شیمی .

"من فکر می کنم زیبه همراهیی اساسی در این فرایند خودآموزی و فشرده سازی نانوفیبری، علاوه بر کاربرد عملی آن، وجود دارد." Kaiser adds. "CNTs به راحتی و به سرعت به الگوهای پس از آن که به سادگی به همراه یک مایع خیس می شوند، تراکم می دهند. توانایی اندازه گیری دقیق این رفتار هیجان انگیز هست، زیرا ممکن هست طراحی و ساخت نانومواد های مقیاس پذیر را فعال کند. "

این کار به همراه هستفاده از آزمایشگاه های آزمایشگاهی آزمایشگاه مواد MIT، که بخشی از آن توسط برنامه MRSEC بنیاد ملی علوم و آزمایشگاه های فناوری MIT Microsystems پشتیبه همراهنی می شود، هستفاده می شود. این تحقیق توسط شرکت ایربه همراهس، ANSYS، امبرر، لاکهید مارتین، Saab AB، Saertex و Toho Tenax از طریق کنسرسیوم سازه های فضایی کامپوزیتی نانو ساخته شده توسط MIT و توسط ناسا از طریق موسسه کامپوزیت های فوق العاده قوی توسط طراحی محاسبه همراهتی پشتیبه همراهنی شده هست.

دانلود آهنگ مسعود صادقلو ما به هم میایم