Этиловый спирт помог ученым быстро смотать нанотрубки в нить

Международная группа ученых, среди которых были и россияне, предложила новый метод получения волокна

Углеродные нанотрубки — это наноструктуры в виде трубок со стенками толщиной в один или несколько атомов. У них очень высокая механическая прочность и при этом хорошая электропроводность. Такие качества потенциально полезны и в бронежилетах, и в прозрачных и гибких электродах, и в различных сенсорах и конструкционных материалах, где важен малый вес (авиация и ракетостроение).

Однако на этом пути есть серьезные ограничения: типовая нанотрубка в длину редко достигает и сантиметра, что очень мало. Получается, что для того, чтобы получить высокопрочные материалы из углеродных нанотрубок, нужен такой метод получения нитей, в которых трубки надежно соединялись бы между собой. При этом, разумеется, производственный процесс не должен быть слишком дорогим.

Все существующие сейчас методы создания нитей из нанотрубок сталкиваются с серьезными проблемами. Намотка с использованием полимерного связующего ограничивает прочность конечного продукта, ведь это связующее много менее прочное, чем сами нанотрубки. Выращивание единой длинной нити в химическом реакторе, где идет вакуумное осаждение, требует сложного, крупного и недешевого оборудования. Кроме того, этот процесс длится довольно долго, что дополнительно удорожает такое производство.

Читайте также: Смертельные микрограммы. В Казани показали, что нанотрубки могут провоцировать легочные заболевания

Авторы новой работы испробовали другой, чрезвычайно простой, но до того не описанный в научной литературе способ. Они взяли набор одностенных углеродных нанотрубок и измельчили, собрав на стеклянной пластинке. Далее пластину залили этанолом, а затем начали тянуть пленку из смоченных спиртом нанотрубок за края. Силы поверхностного натяжения заставили нанотрубки слипнуться в одну нить. В зависимости от толщины базовой пленки диаметр такой нити колебался от 41 от до 140 микрометров.

После того, как этиловый спирт высох, нанотрубки в нити оставались связанными друг с другом за счет сил притяжения между их атомами. В зависимости от диаметра, прочность на растяжение у высохшей нити колебалась от 300 до 700 мегапаскалей, а электрическое сопротивление — от 60 до 300 Ом. Механические тесты также показали, что нить стойко переносит растяжение.

Чтобы проверить, как такая нить работает в конкретных устройствах, авторы сделали из полученной нити сенсор прикосновения, пульсометр и электроды для микросхемы. Во всех трех устройствах созданная нить показала нормальную работоспособность — сходную с той, что дают нити, полученные другими путями.

Исследователи особо отмечают, что их метод должен просто и, теоретически, легко масштабироваться в массовое производство, позволяя делать недорогие изделия из нитей. При этом он не требует крупных химических реакторов или полимерного связующего.