De termen "handgemaakt" en "high tech" komen niet vaak voor in dezelfde zin, maar ze zijn allebei van toepassing op een methode van Rice University om snel vezels te produceren uit koolstofnanobuisjes.

Met de methode die is ontwikkeld door het Rice lab van chemicus Matteo Pasquali kunnen onderzoekers korte stukken sterke, geleidende vezels van kleine monsters van bulk nanobuisjes in ongeveer een uur.

Het werk vormt een aanvulling op Pasquali's baanbrekende methode uit 2013 om volledige spoelen van draadachtige nanobuisvezels te spinnen voor ruimtevaart, auto, medische en slimme kledingtoepassingen. De vezels zien eruit als katoenen draad, maar werken als metaaldraden en koolstofvezels.

Het kan grammen materiaal en weken inspanning kosten om het proces van het spinnen van continue vezels te optimaliseren, maar de nieuwe methode snijdt dat op maat, zelfs als het een beetje hands-on verwerking vereist.

Pasquali en hoofdauteur en afgestudeerde student Robby Headrick rapporteerden in Geavanceerde materialen dat het uitlijnen en draaien van de haarachtige vezels vrij eenvoudig is.

Eerst, Headrick maakt films. Na het oplossen van een kleine hoeveelheid nanobuisjes in zuur, hij plaatst de oplossing tussen twee glasplaatjes. Door ze snel langs elkaar te bewegen, wordt schuifkracht toegepast die de miljarden nanobuisjes in de oplossing ertoe aanzet om op één lijn te komen. Zodra de resulterende films op het glas zijn afgezet, hij pelt secties af en rolt ze op tot vezels.

"De film is in gelvorm als ik hem afpel, wat belangrijk is om een ​​volledig verdichte vezel te krijgen, Headrick zei. "Je draait het als het nat is door de dwarsdoorsnede van de constructie, en als je het droogt, de capillaire druk verdicht het."

Headrick was ontevreden over de reproduceerbaarheid van zijn eerste experimenten en besprak de procedure met zijn vader, Robert, een amateur houtbewerker. De oudere Headrick kwam snel met een eenvoudig apparaat om de schuiven te ondersteunen en het scheerproces te regelen.

De gedroogde nanobuisvezels zijn ongeveer 7 centimeter lang; de elektrische prestaties zijn gelijk aan lange vezels die zijn gemaakt met de oorspronkelijke spinmethode, maar nog dichter met een treksterkte tot 3,5 gigapascal (GPa), beter dan gesponnen vezels. De onderzoekers verwachten dat nanobuisjes 50, 000 tot 70, 000 keer langer dan breed, produceert vezels van 35 tot 40 GPa, over de sterkte van een individuele koolstofnanobuis.

"We kunnen alle soorten nanobuisjes op exact dezelfde manier verwerken, zodat we optimale vezelstructuren en eigenschappen krijgen, Headrick zei. "Het versnelt de zaken en stelt ons in staat nanobuisjes te onderzoeken die slechts in kleine hoeveelheden beschikbaar zijn."

Pasquali zei dat het proces de hoge uitlijning van nanobuisjes en hoge pakkingsdichtheid reproduceert die typisch zijn voor vezels die worden geproduceerd via spinnen, maar met een grootte die voldoende is voor sterkte- en geleidbaarheidstests.

"We gebruiken dit nu als een snelle laboratoriumtest om nieuwe materialen te beoordelen en om doeleigenschappen te creëren voor de grootschalige methode, " zei Pasquali. "We weten van tevoren wat het materiaal kan opleveren, overwegende dat voorheen we konden het alleen maar concluderen. Dit kan vooral belangrijk zijn voor producenten van koolstofnanobuisjes die hun reactoromstandigheden willen veranderen om hen snelle feedback te geven of voor kwaliteitscontrole, evenals voor het testen van monsters die zijn gesorteerd op metaal versus halfgeleidertype of zelfs heliciteit."