Разработана технология изготовления композитов на основе нанотрубок, что позволит в 10 раз увеличить прочность материалов

Исследователи из Государственного университета Северной Каролины, под руководством доктора Юньтяня Чжу (Yuntian Zhu), разработали новый метод растяжки углеродных нанотрубок, который позволяет создавать углеродные композиты, на порядок более прочные, чем современные. Новый материал можно будет использовать повсеместно: от велосипедных рам, до нагруженных деталей самолетов.

Композиты из углеродного волокна в настоящее время используются для изготовления множества предметов, которые должны быть легким и прочными. Тем не менее, ученые хотят добавить в эти композиты углеродные нанотрубки, длинные полые цилиндры, стенки которых выложены всего одним слоем атомов. Это позволит при той же прочности в 10 раз облегчить композиты, или при той же массе получать материал, более прочный в 10 раз. Однако, как обычно, данная идея упирается в серьезную проблему: современные технологии изготовления нанотрубок дают на выходе спутанные нежесткие волокна, которые необходимо вытягивать и выравнивать, чтобы добиться максимальной прочности и снижения веса конечного продукта, то есть композита.

Ученым всего мира понадобилось более десятилетия на то, чтобы достичь этой цели: настоящий композит на основе углеродных нанотрубок должен удовлетворять четырем критериям. Во-первых, нанотрубки должны быть достаточно длинными для того, чтобы брать на себя существенную часть нагрузки (они отличаются потрясающей механической прочностью). Во-вторых, они должны быть упорядочены в достаточно ровные ряды. В-третьих, материал должен содержать подходящую полимерную основу, способную удерживать нанотрубки вместе и позволять им работать, не разрушаясь сам. Наконец, сами нанотрубки должны быть максимально ровными и прямыми, чтобы в структуре материала не имелось «шероховатостей».

По заявлению группы Юньтяня Чжу, им это удалось первым. Для этого ученые разработали специальный процесс, начинающийся с выращивания массива длинных углеродных нанотрубок на плоской подложке. Затем они выравниваются и накручиваются на ровно вращающийся ротор, причем параллельно на них распыляется полимерная основа, застывающая и закрепляющая всю структуру материала. Получающуюся ленту уже можно использовать для производства различных продуктов, например велосипедных рам.

По сравнению с обычным углеволокном новая композитная лента прочнее примерно на 90% (в среднем на 3,5 гигапаскаля) и жестче более чем на 100%. Кроме того, почти в три раза увеличивается теплопроводность и на 50% - электрическая проводимость.

Публикация подготовлена сотрудниками CompMechLab® по материалам сайтов Популярная Механика, CNews R&D и NC State University.

Другие новости по этой теме на сайте FEA.ru:

02.11.2012 Специалисты "РТ-Химкомпозит" обсудили производство и применение композитных материалов
28.10.2012 BASF совместно с SGL Group разрабатывают новый композитный материал для использования в T-RTM процессах
18.10.2012 В Твери состоится открытие инновационного цеха по производству мостовых пролетных строений из полимерных композитов ОАО "Тверьстеклопластик"
16.10.2012 В России введена в эксплуатацию первая пултрузионная линия по производству изделий из углепластика
21.09.2012 Компания Composite Advantage построила композитный пешеходный мост
28.07.2012 Ученые продолжают уменьшать вес новых материалов. Создан материал, кубический сантиметр которого весит 0,2 мг
06.03.2012 Volvo работает над созданием нового композитного материала для кузова электромобилей
21.12.2011 Исследователи из Гарварда разработали новый суперпрочный композитный материал
06.12.2011 Ученые создали самый легкий в мире материал
30.09.2011 BASF разработала облегченную композитную структуру, предназначенную для автомобильной промышленности
05.09.2011 Для Smart Forvision будут использоваться новые композитные материалы
30.08.2011 BMW и Premium AEROTEC демонстрируют технологии производства углеродных композитов