Sebuah terobosan besar dalam penelitian serat nanotube karbon ultra-kuat di Cina
Baru-baru ini, tim Profesor Wei Fei dari Departemen Teknik Kimia Universitas Tsinghua bekerja sama dengan Prof. Li Xide dari Sekolah Penerbangan dan Astronautika Universitas Tsinghua untuk membuat terobosan besar di bidang serat karbon nanotube super panjang. Dilaporkan untuk pertama kalinya di dunia bahwa kekuatan teoritis nanotube karbon tunggal sangat panjang. Bundel nanotube karbon memiliki kekuatan tarik yang melebihi semua bahan serat lain yang saat ini ditemukan.
Karbon nanotube dianggap sebagai salah satu bahan paling kuat yang ditemukan saat ini, dengan kekuatan tarik lebih dari 100 GPa dan lebih dari 10 kekuatan serat karbon. Namun, ketika nanotube karbon tunggal dengan sifat mekanik yang sangat baik disiapkan menjadi bahan makroskopik, kinerjanya sering jauh di bawah nilai teoritis. Sebaliknya, nanotube karbon ultra-panjang memiliki panjang sentimeter atau bahkan desimeter dan memiliki struktur yang sempurna, dengan orientasi seragam dan sifat mekanik yang mendekati batas teoretis, dan memiliki keuntungan besar dalam persiapan serat super-kuat.
Dengan menggunakan metode pemfokusan aliran gas in-situ, tim peneliti dapat mengontrol persiapan tabung nanotube karbon super panjang sentimeter terus menerus dengan komposisi yang pasti, struktur yang sempurna dan susunan paralel, dan dengan terampil menghindari faktor pembatas. Dengan menyiapkan bundel nanotube karbon ultra-panjang yang mengandung jumlah unit yang berbeda dan secara kuantitatif menganalisis efek komposisinya pada sifat mekanik bundel nanotube karbon ultra-panjang, model fisik/matematis yang mapan telah ditetapkan.
Studi ini menemukan bahwa distribusi tegangan awal karbon nanotube dalam bundel tabung tidak seragam, sehingga nanotube karbon dalam bundel tabung tidak dapat dikenakan gaya simultan dan seragam, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan kekuatan keseluruhan, yaitu, "efek Daniel". Berdasarkan hal ini, tim peneliti mengusulkan strategi “relaksasi sinkron”, yang melepaskan tegangan awal karbon nanotube dalam bundel tabung dengan manipulasi nano, sehingga berada dalam kisaran distribusi yang sempit, dan dengan demikian kekuatan tarik berkas karbon nanotube Dibesarkan hingga di atas 80 GPa, mendekati kekuatan tarik nanotube karbon tunggal.
Karya ini mengungkapkan prospek cerah menggunakan nanotube karbon ultra-panjang untuk pembuatan serat super, dan pada saat yang sama menunjukkan arah dan metode untuk pengembangan serat super baru.