Nowoczesne nanorurki – cudowny materiał dla elektroniki

Odzwierciedlając strukturę kompozytów występujących w przyrodzie, naukowcy z University of Illinois w Urbana-Champaign zsyntetyzowali cienkie nanorurki węglowe (CNT), które wykazują zarówno wysokie przewodnictwo elektryczne, jak i poziom wytrzymałości, który jest około pięćdziesięciokrotnie wyższy niż folie miedziane, obecnie stosowane w elektronice.

„Wytrzymałość strukturalna cienkich folii metalowych ma istotne znaczenie dla niezawodnego działania inteligentnej skóry i elastycznej elektroniki, w tym biologicznych i strukturalnych czujników monitorowania zdrowia” – wyjaśnia Sameh Tawfick, adiunkt nauk mechanicznych i inżynierii w Illinois. „Dopasowane arkusze nanorurek węglowych nadają się do szerokiego zakresu zastosowań obejmujących mikro- i makro skalę, w tym systemy mikroelektromechaniczne (MEMS), elektrody superkondensatorów, kable elektryczne, sztuczne mięśnie i wielofunkcyjne kompozyty. Zgodnie z naszą wiedzą, jest to pierwsze badanie, w którym stosuje się zasady mechaniki pękania do projektowania i badania technologii nano-architekturowanych technologią CNT. Teoretyczne ramy mechaniki pękania okazują się bardzo odporne na różne liniowe i nieliniowe materiały.” 

Nanorurki węglowe, które istnieją od początku lat dziewięćdziesiątych, zostały okrzyknięte „cudownym materiałem” dla wielu zastosowań nanotechnologicznych i słusznie. Te maleńkie cylindryczne struktury wykonane z owiniętych arkuszy grafenu mają średnicę kilku nanometrów – około 1000 razy cieńszą niż ludzkie włosy, jednak pojedyncza nanorurka węglowa jest silniejsza niż włókna stalowe i węglowe, bardziej przewodząca niż miedź i lżejsza niż aluminium.

Rozpoczynając od katalizatora osadzonego na podłożu z tlenku krzemu, pionowo ustawione nanorurki węglowe zsyntetyzowano metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej w postaci równoległych linii o szerokości 5 m, długości 10 m i wysokości 20-60 m.

„Ta praca łączy w sobie ostrożną syntezę oraz delikatne eksperymentowanie i modelowanie” – powiedział Tawfick. „Elastyczne układy elektroniczne ulegają wielokrotnemu zginaniu i rozciąganiu, co może powodować ich mechaniczną awarię. Ta nowa tkanina CNT, z prostą elastyczną obudową w matrycy elastomerowej, może być stosowana w inteligentnych materiałach tekstylnych, eleganckich skórach i różnych elastycznych urządzeniach elektronicznych. Ze względu na ich wyjątkowo wysoką wytrzymałość, stanowią atrakcyjny materiał, który może zastąpić cienkie folie metalowe, aby zwiększyć niezawodność urządzenia. „