Нанотрубки. Новый метод сепарации и текстурирования нанотрубок в композитах
By: Свидиненко Юрий (Svidinenko) 2006.02.27
Новый метод сепарации и текстурирования нанотрубок в композитах
Исследователи из Univ. Sydney (Австралия) предлагают новый метод сепарации и выравнивания углеродных нанотрубок в полимерной матрице [1]. Известно, что добавление углеродных нанотрубок в полимеры позволяет получить композитные материалы с существенно улучшенными свойствами. Однако, как правило, углеродные нанотрубки в композитах ориентированы случайным образом и в значительной степени переплетены. Для диспергирования нанотрубок обычно используют ультразвуковую обработку в растворителях типа ацетона, однако она недостаточно эффективна - либо нанотрубки остаются спутанными, либо, при длительной обработке, они разламываются на короткие куски, что приводит к образованию дефектов. К тому же трудно сделать армированный композит, используя короткие нанотрубки. Более того, важно получать композиты с однонаправленными нанотрубками. Для текстурирования нанотрубок предлагали различные методы, например, механическое вытягивание [2], использование центрифугирования [3], экструзия [4], ориентирование в магнитном поле [5]. Но никто раньше не учитывал, что как на разделение, так и на текстурирование большое влияние должна оказывать вязкость матрицы.
Рассмотрев воздействие вязкости матрицы на микроструктуру композитов, авторы [1] предложили эффективный механический метод одновременного разделения и текстурирования длинных переплетенных нанотрубок в эпоксидной смоле. Они приготовили композиты из эпоксидной смолы и многостенных нанотрубок (МСНТ), поместили их между двумя стальными дисками и приложили постоянный сдвиг со скоростью 0.22с -1 (рис. 1).
Рис.1. Схема текстурирования нанотрубок в матрице в результате приложения сдвиговых усилий.
Рис. 2. Нанотрубки ориентированы в направлении сдвига (слева направо).
Рис. 3. Поперечное сечение (A-A на рис. 1) массива ориентированных МСНТ в матрице. Разломанные нанотрубки указаны стрелкой.
Рис.4. Произвольно распределенные нанотрубки контрольного образца в эпоксидной смоле. Нанотрубки остаются запутанными.
На рис.2, 3 показаны выровненные МСНТ в направлении сдвига (рис. 2) и в поперечном сечении (четко видны сечения нанотрубок, рис. 3). Для сравнения был исследован такой же композит, но без приложенного сдвига (рис. 4). Видно, что нанотрубки остались переплетенными. Авторы выяснили, что для эффективного текстурирования и разделения требуется определенная вязкость матрицы, которая может быть достигнута при добавлении нужного количества отвердителя. Как и ожидалось, характеристики композита с однонаправленными нанотрубками (в частности, модуль изгиба) оказались лучше. Кроме того, авторы [1] обнаружили, что добавление МСНТ снижает скорость образования поперечных связей в эпоксидной смоле.
