Satu kejayaan besar dalam penyelidikan gentian nanotube karbon ultra-kuat di China

Baru-baru ini, pasukan Profesor Wei Fei dari Jabatan Kejuruteraan Kimia Universiti Tsinghua bekerjasama dengan Prof. Li Xide dari Pusat Pengajian Aeronautik dan Astronautik Universiti Tsinghua untuk membuat satu kejayaan besar dalam bidang gentian nanotube karbon super panjang. Telah dilaporkan buat kali pertama di dunia bahawa kekuatan teori tiub nano karbon tunggal adalah sangat panjang. Ikatan tiub nano karbon mempunyai kekuatan tegangan yang melebihi semua bahan gentian lain yang ditemui pada masa ini.

Karbon nanotiub dianggap sebagai salah satu bahan yang paling berkuasa ditemui pada masa ini, dengan kekuatan tegangan lebih daripada 100 GPa dan lebih daripada 10 kekuatan gentian karbon. Walau bagaimanapun, apabila tiub nano karbon tunggal dengan sifat mekanikal yang sangat baik disediakan menjadi bahan makroskopik, prestasinya selalunya jauh di bawah nilai teori. Sebaliknya, nanotiub karbon ultra-panjang mempunyai sentimeter atau bahkan desimeter panjang dan mempunyai struktur yang sempurna, dengan orientasi seragam dan sifat mekanikal yang hampir dengan had teori, dan mempunyai kelebihan besar dalam penyediaan gentian super kuat.

Dengan menggunakan kaedah pemfokusan aliran gas in-situ, pasukan penyelidik boleh mengawal penyediaan tiub nanotube karbon super panjang berterusan sentimeter dengan komposisi yang pasti, struktur yang sempurna dan susunan selari, dan dengan mahir mengelakkan faktor pengehad. Dengan menyediakan berkas nanotiub karbon ultra panjang yang mengandungi bilangan unit yang berbeza dan menganalisis secara kuantitatif kesan komposisinya ke atas sifat mekanikal berkas nanotiub karbon ultra panjang, model fizikal/matematik yang mantap telah diwujudkan.

Kajian mendapati bahawa taburan tegasan awal tiub nano karbon dalam berkas tiub tidak seragam, sehingga tiub nano karbon dalam berkas tiub tidak boleh tertakluk kepada daya serentak dan seragam, yang seterusnya membawa kepada penurunan kekuatan keseluruhan, iaitu "kesan Daniel". Berdasarkan ini, pasukan penyelidik mencadangkan strategi "kelonggaran segerak", yang melepaskan tekanan awal tiub nano karbon dalam berkas tiub dengan nanomanipulasi, supaya ia berada dalam julat pengedaran yang sempit, dan dengan itu kekuatan tegangan rasuk nanotube karbon. Dinaikkan kepada melebihi 80 GPa, hampir dengan kekuatan tegangan tiub nano karbon tunggal.

Kerja ini mendedahkan prospek cerah menggunakan nanotube karbon ultra-panjang untuk pembuatan superfiber, dan pada masa yang sama menunjukkan arah dan kaedah untuk pembangunan superfibers baharu.