Баккипер

Buckypaper — это тонкий лист, сделанный из совокупности углеродных нанотрубок. ^[1] или сетка из углеродных нанотрубок. Нанотрубки примерно в 50 000 раз тоньше человеческого волоса. Первоначально он был создан для обработки углеродных нанотрубок, но он также изучается и разрабатывается несколькими исследовательскими группами, показывая перспективность в качестве автомобильной брони , индивидуальной брони и дисплеев следующего поколения , а также электроники .

Фон

Buckypaper представляет собой макроскопический агрегат углеродных нанотрубок (УНТ), или «buckytubes». Своим названием он обязан бакминстерфуллерену , 60-углеродному фуллерену ( аллотропу углерода с аналогичной связью, которую иногда называют «бакиболом» в честь Р. Бакминстера Фуллера ). ^[1]

Синтез

Общепринятые методы изготовления пленок УНТ предусматривают использование поверхностно-активных веществ , таких как Тритон Х-100. ^[2] и лаурилсульфат натрия , ^[3] что улучшает их диспергируемость в водном растворе. Эти суспензии затем можно фильтровать через мембрану при положительном или отрицательном давлении для получения однородных пленок. ^[4] Взаимодействие сил Ван -дер-Ваальса между поверхностью нанотрубки и поверхностно-активным веществом часто может быть механически прочным и достаточно стабильным, поэтому нет никаких гарантий, что все поверхностно-активное вещество будет удалено из пленки УНТ после ее формирования. Было обнаружено, что промывка метанолом, эффективным растворителем для удаления тритона X, вызывает растрескивание и деформацию пленки. Также было обнаружено, что Тритон X может приводить к лизису клеток и, в свою очередь, к воспалительным реакциям тканей даже в низких концентрациях. ^[5]

Чтобы избежать неблагоприятных побочных эффектов от возможного присутствия поверхностно-активных веществ, можно использовать альтернативный процесс литья, включающий метод сжатия фритты , который не требует использования поверхностно-активных веществ или модификации поверхности. ^[6] Размеры можно контролировать с помощью размера корпуса шприца и массы добавленных углеродных нанотрубок. Их толщина обычно намного больше, чем у бумаги, отлитой с помощью поверхностно-активных веществ, и синтезируется от 120 до 650 мкм; хотя не существует системы номенклатуры, определяющей толщину образцов, которые можно классифицировать как бумагу, образцы толщиной более 500 мкм называются баки-дисками. Метод сжатия фритты позволяет быстро отливать бумагу и диски с восстановлением литейного растворителя и контролем над 2D и 3D геометрией.

Рост ориентированных многостенных углеродных нанотрубок (MWNT) использовался в синтезе пленок УНТ посредством эффекта домино . ^[7] В этом процессе «леса» МУНТ смещаются в одном направлении, сжимая их вертикальную ориентацию в горизонтальную плоскость, что приводит к образованию бумаги высокой чистоты без необходимости дальнейшей очистки или обработки. Для сравнения, когда образец бумажной бумаги был сформирован из 1-тонного сжатия порошка MWNT методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), любое применение растворителя приводило к немедленному набуханию пленки до тех пор, пока она не превратилась в твердые частицы. Похоже, что для используемого порошка УНТ одного сжатия было недостаточно для создания прочной защитной бумаги, и подчеркивается, что методология согласованного роста создает взаимодействия трубка-трубка in situ , не обнаруженные в порошке CVD УНТ, и сохраняются вплоть до формирования защитной бумаги методом домино.

Недавно, ^[8] Был разработан новый масштабируемый метод изготовления пленок из УНТ: метод литья ленты с инженерной поверхностью (SETC). Метод SETC решает основную проблему литья ленты, а именно отделение высушенной и обычно липкой пленки УНТ от подложки-подложки. Чтобы получить идеальную отделяемую пленку, поддерживающая подложка должна иметь микропирамидальную морфологию пористой структуры. SETC производит пленки большой площади из любых имеющихся в продаже углеродных нанотрубок с регулируемой длиной, толщиной, плотностью и составом.

Характеристики

Buckypaper весит в десять раз меньше, но потенциально в 500 раз прочнее стали, когда ее листы укладываются друг на друга, образуя композит. ^[1] Он мог рассеивать тепло, как латунь или сталь, и проводить электричество, как медь или кремний. ^[1]

Приложения

Среди возможных вариантов использования бумажной бумаги, которые исследуются:

Огнезащита: покрытие материала тонким слоем бумажной бумаги значительно повышает его огнестойкость за счет эффективного отражения тепла плотным, компактным слоем углеродных нанотрубок или углеродных волокон. ^[10]
При воздействии электрического заряда пергаментную бумагу можно использовать для освещения экранов компьютеров и телевизоров. Он мог бы быть более энергоэффективным, легким и обеспечивать более равномерный уровень яркости, чем современные технологии электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) и жидкокристаллических дисплеев (ЖКД).
Поскольку отдельные углеродные нанотрубки являются одними из наиболее теплопроводных известных материалов, бумажная бумага позволяет разрабатывать радиаторы, которые позволят компьютерам и другому электронному оборудованию рассеивать тепло более эффективно, чем это возможно в настоящее время. Это, в свою очередь, может привести к еще большему прогрессу в электронной миниатюризации.
Пленки также могут защитить электронные схемы и устройства внутри самолетов от электромагнитных помех, которые могут повредить оборудование и изменить настройки. Аналогичным образом, такие пленки могут позволить военным самолетам экранировать свои электромагнитные «сигнатуры», которые можно обнаружить с помощью радара.
Buckypaper может действовать как фильтрующая мембрана для улавливания микрочастиц в воздухе или жидкости. Поскольку нанотрубки в бумажной бумаге нерастворимы и могут быть функционализированы различными функциональными группами, они могут избирательно удалять соединения или действовать как сенсор.
Производимые в достаточно больших количествах и по экономически выгодной цене, композиты из буки-бумаги могут служить эффективной броневой обшивкой.
Buckypaper можно использовать для выращивания биологических тканей, например нервных клеток. Buckypaper можно электрифицировать или функционализировать, чтобы стимулировать рост определенных типов клеток.
для Коэффициент Пуассона бумаги из углеродных нанотрубок можно контролировать, и она демонстрирует ауксетическое поведение, что позволяет использовать ее в качестве искусственных мышц.
Электродные материалы для суперконденсаторов , ^[11] литий-ионные аккумуляторы , ^[12]^[13]^[14] и ванадиевые проточные окислительно-восстановительные батареи . ^[15]^[16]^[17]

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Качор, Билл (17 октября 2008 г.). «Самолеты и автомобили будущего могут быть сделаны из «бумаги» » . США сегодня . Проверено 18 октября 2008 г.
^ в Het Panhuis M, Сальвадор-Моралес C, Франклин E, Чемберс G, Фонсека A, Надь JB (2003). «Характеристика взаимодействия функционализированных углеродных нанотрубок и фермента». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 3 (3): 209–13. дои : 10.1166/jnn.2003.187 . ПМИД 14503402 .
^ Сунь Дж, Гао Л (2003). «Разработка процесса диспергирования углеродных нанотрубок в керамической матрице методом гетерокоагуляции». Карбон . 41 (5): 1063–1068. Бибкод : 2003Carbo..41.1063S . дои : 10.1016/S0008-6223(02)00441-4 .
^ Форер Ю, Коларик И, Хак МХ, Рот С, Детлафф-Вегликовска Ю (2004). «Листы углеродных нанотрубок для использования в качестве искусственных мышц». Карбон . 42 (5–6): 1159–1164. Бибкод : 2004Carbo..42.1159V . doi : 10.1016/j.carbon.2003.12.044 .
^ Корнетт Дж. Б., Шокман Г. Д. (1978). «Клеточный лизис Streptococcus faecalis, индуцированный тритоном Х-100» . Журнал бактериологии . 135 (1): 153–60. дои : 10.1128/jb.135.1.153-160.1978 . ПМК 224794 . ПМИД 97265 .
^ Уитби Р., Фукуда Т., Маекава Т., Джеймс С.Л., Михаловский С.В. (2008). «Геометрический контроль и настраиваемое распределение размеров пор бумаги и дисков». Карбон . 46 (6): 949–956. Бибкод : 2008Carbo..46..949W . doi : 10.1016/j.carbon.2008.02.028 .
^ Ван Д., Сонг ПК, Лю Ч., Ву В., Фань СС (2008). «Высокоориентированные углеродные нанотрубки, изготовленные из ориентированных углеродных нанотрубок». Нанотехнологии . 19 (7): 075609. Бибкод : 2008Nanot..19g5609W . дои : 10.1088/0957-4484/19/7/075609 . ПМИД 21817646 . S2CID 2529608 .
^ Сусантьоко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алхури, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Техника изготовления ленточного литья с использованием технологии поверхностной инженерии для коммерциализации отдельных листов углеродных нанотрубок» . Журнал химии материалов А. 5 (36): 19255–19266. дои : 10.1039/c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .
^ Ким, Гын Су; Якубинек, Майкл Б.; Мартинес-Руби, Яденка; Ашрафи, Бехнам; Гуань, Цзинвэнь; О'Нил, К.; Планкетт, Марк; Хрдина, Эми; Линь, Шуцюн; Деномме, Стефан; Кингстон, Кристофер; Симар, Бенуа (2015). «Полимерные нанокомпозиты из отдельно стоящих макроскопических сборок нанотрубок нитрида бора». РСК Адв . 5 (51): 41186–41192. Бибкод : 2015RSCAd...541186K . дои : 10.1039/C5RA02988K .
^ Чжао, Чжунфу; Гоу, Ян (2009). «Повышение огнестойкости термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами» . Наука и технология перспективных материалов . 10 (1): 015005. Бибкод : 2009STAdM..10a5005Z . дои : 10.1088/1468-6996/10/1/015005 . ПМК 5109595 . ПМИД 27877268 .
^ Сусантьоко, Рахмат Агунг; Парвин, Фатима; Мустафа, Ибрагим; Альмхейри, Саиф (16 мая 2018 г.). «Отдельно стоящие листы МУНТ/активированный уголь: другой подход к изготовлению гибких электродов для суперконденсаторов». Ионика . 25 : 265–273. дои : 10.1007/s11581-018-2585-4 . ISSN 0947-7047 . S2CID 104278214 .
^ Сусантьоко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алхури, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Техника изготовления ленточного литья с использованием технологии поверхностной инженерии для коммерциализации отдельных листов углеродных нанотрубок». Журнал химии материалов А. 5 (36): 19255–19266. дои : 10.1039/c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .
^ Карам, Зайнаб; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Альхаммади, Аюб; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (26 февраля 2018 г.). «Разработка метода поверхностного литья на ленту для изготовления отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок, содержащих наночастицы Fe ₂ O ₃ , для гибких батарей». Передовые инженерные материалы . 20 (6): 1701019. doi : 10.1002/adem.201701019 . ISSN 1438-1656 . S2CID 139283096 .
^ Сусантьоко, Рахмат Агунг; Алкинди, Таваддод Саиф; Канагарадж, Амарсингх Бхабу; Ан, Бухён; Альшибли, Хамда; Чой, Дэниел; Аль-Дахмани, султан; Фадак, Хамед; Альмхейри, Саиф (2018). «Оптимизация производительности отдельно стоящих листов MWCNT-LiFePO4 в качестве катодов для повышения удельной емкости литий-ионных аккумуляторов» . РСК Прогресс . 8 (30): 16566–16573. Бибкод : 2018RSCAd...816566S . дои : 10.1039/c8ra01461b . ISSN 2046-2069 . ПМК 9081850 . ПМИД 35540508 .
^ Мустафа, Ибрагим; Лопес, Иван; Юнес, Хаммад; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Аль-Руб, Рашид Абу; Альмхейри, Саиф (март 2017 г.). «Изготовление отдельно стоящих листов многостенных углеродных нанотрубок (бумага) для ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей и влияние производственных переменных на электрохимические характеристики». Электрохимика Акта . 230 : 222–235. дои : 10.1016/j.electacta.2017.01.186 . ISSN 0013-4686 .
^ Мустафа, Ибрагим; Бамгбопа, Мусбаудин О.; Альраиси, Эман; Шао-Хорн, Ян; Сунь, Хун; Альмхейри, Саиф (01 января 2017 г.). «Информация об электрохимической активности пористых углеродистых электродов в неводных ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батареях». Журнал Электрохимического общества . 164 (14): А3673–А3683. дои : 10.1149/2.0621714jes . hdl : 1721.1/134874 . ISSN 0013-4651 .
^ Мустафа, Ибрагим; Аль Шехи, Асма; Аль Хаммади, Аюб; Сусантёко, Рахмат; Пальмизано, Джованни; Альмхейри, Саиф (май 2018 г.). «Влияние углеродосодержащих примесей на электрохимическую активность электродов из многостенных углеродных нанотрубок для ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей». Карбон . 131 : 47–59. Бибкод : 2018Carbo.131...47M . doi : 10.1016/j.carbon.2018.01.069 . ISSN 0008-6223 .

Внешние ссылки

«Бумага» исследователя из бывшего Советского Союза прочнее стали и весит лишь небольшую долю веса Барри Рэй из бывшего Советского Союза 3 мая 2015 г.
Исследование в обзорах: buckypaper - Paper Promise Дон Вуд, бывший Советский Союз
Buckypaper – Нанотрубки на стероидах будущего вещей Архив

[YahooTechNews-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Качор, Билл (17 октября 2008 г.). «Самолеты и автомобили будущего могут быть сделаны из «бумаги» » . США сегодня . Проверено 18 октября 2008 г.

[2] в Het Panhuis M, Сальвадор-Моралес C, Франклин E, Чемберс G, Фонсека A, Надь JB (2003). «Характеристика взаимодействия функционализированных углеродных нанотрубок и фермента». Журнал нанонауки и нанотехнологий . 3 (3): 209–13. дои : 10.1166/jnn.2003.187 . ПМИД 14503402 .

[3] Сунь Дж, Гао Л (2003). «Разработка процесса диспергирования углеродных нанотрубок в керамической матрице методом гетерокоагуляции». Карбон . 41 (5): 1063–1068. Бибкод : 2003Carbo..41.1063S . дои : 10.1016/S0008-6223(02)00441-4 .

[4] Форер Ю, Коларик И, Хак МХ, Рот С, Детлафф-Вегликовска Ю (2004). «Листы углеродных нанотрубок для использования в качестве искусственных мышц». Карбон . 42 (5–6): 1159–1164. Бибкод : 2004Carbo..42.1159V . doi : 10.1016/j.carbon.2003.12.044 .

[5] Корнетт Дж. Б., Шокман Г. Д. (1978). «Клеточный лизис Streptococcus faecalis, индуцированный тритоном Х-100» . Журнал бактериологии . 135 (1): 153–60. дои : 10.1128/jb.135.1.153-160.1978 . ПМК 224794 . ПМИД 97265 .

[6] Уитби Р., Фукуда Т., Маекава Т., Джеймс С.Л., Михаловский С.В. (2008). «Геометрический контроль и настраиваемое распределение размеров пор бумаги и дисков». Карбон . 46 (6): 949–956. Бибкод : 2008Carbo..46..949W . doi : 10.1016/j.carbon.2008.02.028 .

[7] Ван Д., Сонг ПК, Лю Ч., Ву В., Фань СС (2008). «Высокоориентированные углеродные нанотрубки, изготовленные из ориентированных углеродных нанотрубок». Нанотехнологии . 19 (7): 075609. Бибкод : 2008Nanot..19g5609W . дои : 10.1088/0957-4484/19/7/075609 . ПМИД 21817646 . S2CID 2529608 .

[8] Сусантьоко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алхури, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Техника изготовления ленточного литья с использованием технологии поверхностной инженерии для коммерциализации отдельных листов углеродных нанотрубок» . Журнал химии материалов А. 5 (36): 19255–19266. дои : 10.1039/c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .

[BNpaper-9] Ким, Гын Су; Якубинек, Майкл Б.; Мартинес-Руби, Яденка; Ашрафи, Бехнам; Гуань, Цзинвэнь; О'Нил, К.; Планкетт, Марк; Хрдина, Эми; Линь, Шуцюн; Деномме, Стефан; Кингстон, Кристофер; Симар, Бенуа (2015). «Полимерные нанокомпозиты из отдельно стоящих макроскопических сборок нанотрубок нитрида бора». РСК Адв . 5 (51): 41186–41192. Бибкод : 2015RSCAd...541186K . дои : 10.1039/C5RA02988K .

[10] Чжао, Чжунфу; Гоу, Ян (2009). «Повышение огнестойкости термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами» . Наука и технология перспективных материалов . 10 (1): 015005. Бибкод : 2009STAdM..10a5005Z . дои : 10.1088/1468-6996/10/1/015005 . ПМК 5109595 . ПМИД 27877268 .

[11] Сусантьоко, Рахмат Агунг; Парвин, Фатима; Мустафа, Ибрагим; Альмхейри, Саиф (16 мая 2018 г.). «Отдельно стоящие листы МУНТ/активированный уголь: другой подход к изготовлению гибких электродов для суперконденсаторов». Ионика . 25 : 265–273. дои : 10.1007/s11581-018-2585-4 . ISSN 0947-7047 . S2CID 104278214 .

[12] Сусантьоко, Рахмат Агунг; Карам, Зайнаб; Алхури, Сара; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (2017). «Техника изготовления ленточного литья с использованием технологии поверхностной инженерии для коммерциализации отдельных листов углеродных нанотрубок». Журнал химии материалов А. 5 (36): 19255–19266. дои : 10.1039/c7ta04999d . ISSN 2050-7488 .

[13] Карам, Зайнаб; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Альхаммади, Аюб; Мустафа, Ибрагим; Ву, Цзе-Хан; Альмхейри, Саиф (26 февраля 2018 г.). «Разработка метода поверхностного литья на ленту для изготовления отдельно стоящих листов углеродных нанотрубок, содержащих наночастицы Fe ₂ O ₃ , для гибких батарей». Передовые инженерные материалы . 20 (6): 1701019. doi : 10.1002/adem.201701019 . ISSN 1438-1656 . S2CID 139283096 .

[14] Сусантьоко, Рахмат Агунг; Алкинди, Таваддод Саиф; Канагарадж, Амарсингх Бхабу; Ан, Бухён; Альшибли, Хамда; Чой, Дэниел; Аль-Дахмани, султан; Фадак, Хамед; Альмхейри, Саиф (2018). «Оптимизация производительности отдельно стоящих листов MWCNT-LiFePO4 в качестве катодов для повышения удельной емкости литий-ионных аккумуляторов» . РСК Прогресс . 8 (30): 16566–16573. Бибкод : 2018RSCAd...816566S . дои : 10.1039/c8ra01461b . ISSN 2046-2069 . ПМК 9081850 . ПМИД 35540508 .

[15] Мустафа, Ибрагим; Лопес, Иван; Юнес, Хаммад; Сусантьоко, Рахмат Агунг; Аль-Руб, Рашид Абу; Альмхейри, Саиф (март 2017 г.). «Изготовление отдельно стоящих листов многостенных углеродных нанотрубок (бумага) для ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей и влияние производственных переменных на электрохимические характеристики». Электрохимика Акта . 230 : 222–235. дои : 10.1016/j.electacta.2017.01.186 . ISSN 0013-4686 .

[16] Мустафа, Ибрагим; Бамгбопа, Мусбаудин О.; Альраиси, Эман; Шао-Хорн, Ян; Сунь, Хун; Альмхейри, Саиф (01 января 2017 г.). «Информация об электрохимической активности пористых углеродистых электродов в неводных ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батареях». Журнал Электрохимического общества . 164 (14): А3673–А3683. дои : 10.1149/2.0621714jes . hdl : 1721.1/134874 . ISSN 0013-4651 .

[17] Мустафа, Ибрагим; Аль Шехи, Асма; Аль Хаммади, Аюб; Сусантёко, Рахмат; Пальмизано, Джованни; Альмхейри, Саиф (май 2018 г.). «Влияние углеродосодержащих примесей на электрохимическую активность электродов из многостенных углеродных нанотрубок для ванадиевых окислительно-восстановительных проточных батарей». Карбон . 131 : 47–59. Бибкод : 2018Carbo.131...47M . doi : 10.1016/j.carbon.2018.01.069 . ISSN 0008-6223 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]