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碳纳米管大变身!超高压力下获得高强度!

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材料牛注:

近日,科学家们通过对碳纳米管施加超高压力,证明了多层碳纳米管的互联性,得到了超高强度的碳材料,这种材料具有优良的机械性能和热导性能,可以被广泛应用于电池、平板电脑、手机触摸屏等电子产品中。



莫斯科物理技术学院(mipt)新型超硬度和碳材料研究所(tisncm)、莫斯科国立大学(msu)和莫斯科国立钢铁合金学院的研究者们已经发现,我们可以通过一起熔融多层的碳纳米管来生产一种超强度材料。


根据这些科学家所说,这种材料具有非常高的强度,可以适应极其恶劣的环境状态,这对于航空航天工业领域来说是非常有用的。


该论文的作者做了一系列实验来研究高压对多层碳纳米管(mwcnts)的影响。除此之外,他们模拟了碳纳米管在高压容器中的反应,之后发现多层碳纳米管(mwcnts)的外表面的剪切应力应变行为导致它们相互结合在一起,这是由于多层碳纳米管(mwcnts)要在外表面进行结构重组。然而,内部同轴的纳米管还是完整地保留了它们的结构:它们仅仅在压力下收缩,一旦卸掉压力之后,又恢复本来的形状。


这个研究的主要特点是它证明了管间的共价键引起了互联(聚合)的多层纳米管,生产这些纳米管比一个个生产单层纳米管要更加便宜。


mikhail y. popov是莫斯科物理技术学院(mipt)分子和化学物理系的教授,也是新型超硬度和碳材料研究所(tisncm)功能纳米材料实验室的领导者,他评论道:“纳米管之间的这些连接仅仅能影响纳米管的外部管壁结构,然而内层仍然保持不变,这使得我们可以获得原始纳米管非凡的耐久性能。”


剪切金刚石砧(sdac)就是用纳米管压力处理得到的,该实验在55gpa的压力下进行,这个压力是马里亚纳海沟底部水压的500倍。压力腔由两块金刚石组成,材料样品在它们之间被压缩。剪切金刚石砧(sdac)和其他类型的压腔不同,它可以通过旋转其中的一个砧来控制材料剪切变形。因而,剪切金刚石砧(sdac)中的样品既承受着静力学压力又承受着剪切力,这种压力施加在正常方向和与样品表面平行的方向上。


科学家们通过电脑模拟,已经发现这两种压力可以以不同的方式影响纳米管的结构。静力学压力通过复杂的方式来改变纳米管的管壁几何结构,然而剪切力会引起外壁无定型区域发生sp3杂化,通过共价键来把它们和附近的碳纳米管结合在一起。当压力除去时,被连接的多层纳米管的内层形状又恢复如初。


碳纳米管由于具有独特的机械、热导性能,具有广泛的商业化应用范围。它们可以应用于瓦尔塔蓄电池、平板电脑和手机触摸屏、太阳能电池、抗静电涂料以及这些电子产品的组合框架中。


原文链接:pressure-welding nanotubes creates ultrastrong material.

文献链接:the unexpected stability of multiwall nanotubes under high pressure and shear deformation.


本文由材料人编辑部杨树提供素材,樊超编译,点击下方“阅读原文”进入材料牛报名加入编辑部。

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