ความก้าวหน้าครั้งสำคัญในการวิจัยเส้นใยคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษในประเทศจีน

2018-05-17

เมื่อไม่นานนี้ ทีมงานของศาสตราจารย์ เว่ย เฟย จากภาควิชาวิศวกรรมเคมี มหาวิทยาลัย ซิงหัว ได้ร่วมมือกับศาสตราจารย์ หลี่ ซิเด จากคณะการบินและอวกาศศาสตร์ มหาวิทยาลัย ซิงหัว เพื่อสร้างความก้าวหน้าครั้งสำคัญในสาขาเส้นใยคาร์บอนนาโนทิวบ์ยาวพิเศษ มีรายงานเป็นครั้งแรกในโลกที่ระบุว่าความแข็งแรงตามทฤษฎีของคาร์บอนนาโนทิวบ์เดี่ยวมีความยาวมากเป็นพิเศษ มัดคาร์บอนนาโนทิวบ์มีความแข็งแรงในการดึงที่เหนือกว่าวัสดุเส้นใยชนิดอื่นทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบัน


คาร์บอนนาโนทิวบ์ถือเป็นวัสดุที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดชนิดหนึ่งในปัจจุบัน โดยมีความแข็งแรงในการดึงมากกว่า 100 เกรดเฉลี่ย และมีความแข็งแรงของเส้นใยคาร์บอนมากกว่า 10 ระดับ อย่างไรก็ตาม เมื่อเตรียมนาโนท่อคาร์บอนเดี่ยวที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมจนกลายเป็นวัสดุระดับมหภาค ประสิทธิภาพของวัสดุดังกล่าวมักจะต่ำกว่าค่าทางทฤษฎีมาก ในทางตรงกันข้าม นาโนท่อคาร์บอนที่มีความยาวพิเศษจะมีความยาวเป็นเซนติเมตรหรือเดซิเมตร และมีโครงสร้างที่สมบูรณ์แบบ มีทิศทางที่สม่ำเสมอ และมีคุณสมบัติทางกลที่ใกล้เคียงกับขีดจำกัดทางทฤษฎี และมีข้อได้เปรียบมากมายในการเตรียมเส้นใยที่มีความแข็งแรงเป็นพิเศษ


ด้วยการใช้วิธีการโฟกัสการไหลของก๊าซในแหล่ง ทีมวิจัยสามารถควบคุมการเตรียมท่อคาร์บอนนาโนทิวบ์ยาวพิเศษต่อเนื่องยาว 1 เซนติเมตรให้มีองค์ประกอบที่แน่นอน โครงสร้างที่สมบูรณ์แบบ และการจัดเรียงแบบขนาน และหลีกเลี่ยงปัจจัยจำกัดได้อย่างชำนาญ การเตรียมมัดของนาโนท่อคาร์บอนยาวพิเศษที่มีจำนวนหน่วยต่างกัน และการวิเคราะห์ผลกระทบขององค์ประกอบต่อคุณสมบัติเชิงกลของมัดของนาโนท่อคาร์บอนยาวพิเศษเชิงปริมาณ ทำให้สามารถสร้างแบบจำลองทางกายภาพและคณิตศาสตร์ที่เป็นที่ยอมรับได้


จากการศึกษาพบว่าการกระจายความเค้นเริ่มต้นของนาโนท่อในมัดท่อไม่สม่ำเสมอ ทำให้นาโนท่อในมัดท่อไม่สามารถรับแรงที่พร้อมกันและสม่ำเสมอได้ ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงโดยรวมลดลง หรือที่เรียกว่า “ปรากฏการณ์แดเนียล” จากนี้ ทีมวิจัยเสนอแนวทาง "การผ่อนคลายแบบซิงโครนัส" ซึ่งปลดปล่อยความเครียดเริ่มต้นของนาโนท่อคาร์บอนในมัดท่อด้วยการจัดการนาโน เพื่อให้มีการกระจายตัวที่แคบ และด้วยเหตุนี้ ความแข็งแรงในการดึงของคานนาโนท่อคาร์บอนจึงลดลง ยกระดับสูงกว่า 80 เกรดเฉลี่ย ใกล้เคียงกับความแข็งแรงแรงดึงของนาโนท่อคาร์บอนเดี่ยว


งานนี้เผยให้เห็นถึงแนวโน้มที่สดใสของการใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ยาวพิเศษสำหรับการผลิตเส้นใยซุปเปอร์ไฟเบอร์ และในเวลาเดียวกันก็ชี้ให้เห็นทิศทางและวิธีการในการพัฒนาเส้นใยซุปเปอร์ไฟเบอร์ชนิดใหม่

การให้คำปรึกษาทางจดหมาย

โปรดแจ้งแบบฟอร์มด้านล่างนี้ เราจะตอบกลับคุณภายใน 24 ชั่วโมง