Как информирует отраслевой портал jeccomposites.com, группа исследователей из Национального института стандартов и технологий (NIST) Массачусетского технологического института (MIT) и университета Мэриленда (UMD), разработала новую методику сбора и анализа информации о наноразмерной структуре углеродных нанотрубок внутри композиционного материала. Отмечается, что новая методика позволяет представлять итоговую информацию в формате трехмерного изображения.
Не глядя на свое скромные размеры (углеродные нанотрубки – это, по сути, листы графена, свернутые в трубочки), в данном материале заложены гигантские перспективы, открывающиеся для многих направлений науки и технологий. Тем не менее, не глядя на высокую активность исследователей всего мира в этом направлении, материал таит в себе еще очень много загадок. Разгадать эти загадки и позволит новый метод от американских ученых.
В своем стремлении изучить структуру и свойства углеродных нанотрубок, исследователи NIST MIT и UMD разработали методику, позволяющую получать 3D изображение исследуемого материала с целью сопоставления наноразмерной структуры углеродных нанотрубок внутри композиционного материала. Следует заметить, что организация и структура распределения нанотрубок внутри композита играют определяющую роль в вопросе общих свойств материала. Новые данные помогут исследователям в изучении композиционных материалов, путем создания и тестирования реалистичных моделей на предмет широкого спектра термичесих, электрических и механических характеристик.
Композиционные материалы на основе углеродного волокна ценятся за свою высокую прочность и низкий вес. Материалы, основанные на углеродных нанотрубках (УНТ) будут не только обладать упомянутыми преимуществами, но и демонстрировать такие востребованные во многих отраслях качества, как хорошие: тепло- и электропроводимость.
Изучение углеродных нанотрубок и (в первую очередь) композитов с их участием затруднено из-за специфики их состава: в частности – присутствия в структуре материала эпоксидных смол, также как и волокно состоящих (в том числе) из атомов углерода. Решить эту проблему позволяет новый алгоритм обработки изображений, разработанный Натараяном Бхаратом из NIST и позволяющий различать нанотрубки и смолу.
По словам исследователя, нанотрубки углерода несут в себе такие свойства, как прочность, легковесность, теплопроводность и хорошая проводимость электричества. При этом, упомянутые свойства максимальны в том случае, когда углеродные нанотрубки расположены жестко и прямолинейно. Во время получения углеродного нанокомпозита частицы УНТ занимают хаотическое положение а их концентрация (что логично) уменьшается – эти факторы приводят к понижению упомянутых свойств. Как отметил один из участников исследовательской группы, преимущества УНТ в итоговом композите возрастают с ростом концентрации, что обусловлено увеличением возникающих связей (перекрестков) между элементами УНТ. Однако, отметил ученый, рост тех свойств, что несет в себе присутствие УНТ, несет нелинейный характер.
Ученые безусловно и раньше знали о наличии взаимозависимости между концентрацией в итоговом нанокомпозите УНТ и теми свойствами, что он обладает. Однако только теперь, благодаря новой методике изучения данных материалов, появилась реальная возможность более предметного изучения данной взаимосвязи.