Les fibres de nanotubes de carbone fabriquées à l’Université Rice sont maintenant additionally résistantes que le Kevlar et augmentent progressivement la conductivité du cuivre.




Le laboratoire Rice de l’ingénieur chimiste et biomoléculaire Matteo Pasquali a rapporté dans Carbon qu’il avait développé ses fibres les as well as résistantes et les as well as conductrices à ce jour, faites de longs nanotubes de carbone grâce à un processus de filage humide.

Dans la nouvelle étude menée par Lauren Taylor et Oliver Dewey, étudiants diplômés de Rice, les chercheurs ont noté que les fibres de nanotubes de carbone filées par voie humide, qui pourraient conduire à des percées dans une multitude d’applications médicales et de matériaux, ont doublé en force et en conductivité tous les trois ans, une tendance qui s’étend sur près de deux décennies.


Bien que cela n’imite jamais la loi de Moore, qui a établi une référence pour les progrès des puces informatiques pendant des décennies, Pasquali et son équipe font leur part pour faire progresser la méthode qu’ils ont lancée pour fabriquer des fibres de nanotubes de carbone.

Les fibres filiformes du laboratoire, avec des dizaines de hundreds of thousands de nanotubes en portion transversale, sont étudiées pour être utilisées comme ponts pour réparer les cœurs endommagés, comme interfaces électriques avec le cerveau, pour utilisation dans les implants cochléaires, comme antennes flexibles et pour les programs automobiles et aérospatiales.

Ils font également partie du Carbon Hub, une initiative de recherche multiuniversitaire lancée en 2019 par Rice avec le soutien de Shell, Prysmian et Mitsubishi pour créer un avenir sans émissions.

« Les fibres de nanotubes de carbone ont longtemps été vantées pour leurs propriétés potentiellement supérieures », a déclaré Pasquali. « Deux décennies de recherche à Rice et ailleurs ont fait de ce potentiel une réalité. Maintenant, nous avons besoin d’un effort and hard work mondial pour augmenter l’efficacité de la creation afin que ces matériaux puissent être fabriqués avec zéro émission de dioxyde de carbone et potentiellement avec la output simultanée d’hydrogène propre. »

« Le but de cet report est de mettre en avant les propriétés file des fibres produites dans notre laboratoire », a déclaré Taylor. « Ces améliorations signifient que nous surpassons maintenant le Kevlar en termes de résistance, ce qui pour nous est une très grande réussite. Avec juste un autre doublement, nous surpasserions les fibres les moreover résistantes du marché. »

Les fibres de riz flexibles ont une résistance à la traction de 4,2 gigapascals (GPa), contre 3,6 GPa pour les fibres de Kevlar. Les fibres nécessitent de longs nanotubes avec une cristallinité élevée c’est-à-dire des réseaux réguliers d’anneaux d’atomes de carbone avec peu de défauts. La alternative acide utilisée dans le procédé Rice aide également à réduire les impuretés qui peuvent interférer avec la résistance des fibres et améliore les propriétés métalliques des nanotubes grâce au dopage résiduel, a déclaré Dewey.

« La longueur, ou rapport d’aspect, des nanotubes est la caractéristique déterminante qui détermine les propriétés de nos fibres », a-t-il déclaré, notant que la area des nanotubes de 12 micromètres utilisés dans la fibre de riz facilite de meilleures liaisons van der Waals. « Cela aide également les collaborateurs qui cultivent nos nanotubes à optimiser le traitement en remedy en contrôlant le nombre d’impuretés métalliques du catalyseur et ce que nous appelons les impuretés de carbone amorphes. »

Les chercheurs ont déclaré que la conductivité des fibres s’était améliorée à 10,9 mégasiemens (hundreds of thousands de siemens) par mètre. « C’est la première fois qu’une fibre de nanotubes de carbone franchit le seuil de 10 mégasiemens, nous avons donc atteint un nouvel ordre de grandeur pour les fibres de nanotubes », a déclaré Dewey. Normalisé pour le poids, il a déclaré que les fibres de riz atteignent environ 80% de la conductivité du cuivre.

« Mais nous surpassons le fil de platine, ce qui est une grande réussite pour nous », a déclaré Taylor, « et la conductivité thermique de la fibre est meilleure que n’importe quel métal et n’importe quelle fibre synthétique, à l’exception des fibres de graphite de poix. »

L’objectif du laboratoire est de rendre la manufacturing de fibres de qualité supérieure suffisamment efficace et peu coûteuse pour être incorporée par l’industrie à grande échelle, a déclaré Dewey. Le traitement en answer est courant dans la output d’autres sorts de fibres, y compris le Kevlar, de sorte que les usines pourraient utiliser des processus familiers sans réoutillage majeur.

« L’avantage de notre méthode est qu’elle est essentiellement plug-and-engage in », a-t-il déclaré. « Il est intrinsèquement évolutif et s’intègre dans la façon dont les fibres synthétiques sont déjà fabriquées. »

« Il y a une idée que les nanotubes de carbone ne pourront jamais obtenir toutes les propriétés que les gens ont adoré depuis des décennies », a déclaré Taylor. « Mais nous réalisons de bons gains d’année en année. Ce n’est pas facile, mais nous croyons toujours que cette technologie va changer le monde. »

Les co-auteurs de l’article sont l’ancien élève de Rice, Robert Headrick les étudiants diplômés Natsumi Komatsu et Nicolas Marquez Peraca Geoff Wehmeyer, professeur adjoint de génie mécanique et Junichiro Kono, professeur Karl F. Hasselmann en ingénierie et professeur de génie électrique et informatique, de physique et d’astronomie, de science des matériaux et de nano-ingénierie. Pasquali est le A.J. Professeur Hartsook de génie chimique et biomoléculaire, de chimie et de science des matériaux et nano-ingénierie.

Le Bureau de la recherche scientifique de l’US Air Pressure, la Fondation Robert A. Welch, le Bureau de fabrication de pointe du ministère de l’Énergie et l’Advanced Analysis Projects Company-Strength ont soutenu la recherche.