Плівки з одностінних вуглецевих нанотрубок добре проводять тепло

Плівки з одностінних вуглецевих нанотрубок не тільки відрізняються високою механічною гнучкістю, але і добре проводять тепло. Цей висновок зробили в своїй останній роботі вчені з США. Їх відкриття в майбутньому обіцяє застосовність таких плівок для створення різних інноваційних поверхонь, наприклад, поверхонь сонячних батарей або системи рекуперації тепла в автомобілях. Потенційно розробка може використовуватися і в мобільній електроніці (в смартфонах, планшетах).

Висока теплопровідність і механічна гнучкість – два взаємовиключні властивості. В природі матеріалів, що володіють обома характеристиками одночасно, не існує. Однак це незвичайне поєднання властивостей може мати вирішальне значення при створенні пристроїв, які здатні передавати тепло між різними поверхнями (за аналогією з металевими теплоотводами).

Попередні спроби зробити подібні структури закінчувалися створенням систем, які розкладалися або ламалися з часом, оскільки дотичні поверхні різних матеріалів покривалися тріщинами і сіклися в результаті циклічного впливу температури.

Група вчених з Stanford University (США), схоже, вирішила цю проблему, запропонувавши в якості такого дивного матеріалу плівки з одностінних вуглецевих нанотрубок, які, як виявилося, проводять тепло не гірше, ніж багато метали.

Рис. 1. Зображення різних видів плівок на основі одностінних вуглецевих нанотрубок, отримані за допомогою скануючого електронного мікроскопа.

В рамках своєї роботи, опублікованій в Proceedings of the National Academy of Sciences,

вчені не тільки оцінили теплопровідність, але і виявили точні фізичні механізми, відповідальні за механічну міцність плівок одностінних вуглецевих нанотрубок, зокрема, сили Ван-дер-Ваальса і взаємодія окремих нанотрубок (стиск, розтяг і сплутування). На основі методу, викладеного в ранній роботі, вчені виміряли модуль пружності плівки з нанотрубок.

Також команда вивчила плівки з одностінних вуглецевих нанотрубок за допомогою скануючої електронної мікроскопії, щоб зрозуміти взаємозв’язок між значенням модуля пружності і тим, як вуглецеві нанотрубки були об’єднані для формування плівки.

Для попереднього визначення відносного вкладу способу «упакування» (регульованої силами Ван-дер-Ваальса, ступенем вигину нанотрубок, а також їх сплутаності) використовувалися спеціально розроблені комп’ютерні моделі.

На думку дослідників,

представлені ними розрахунки та експерименти допоможуть інженерам в розробці різноманітних наноструктурованих матеріалів, побудованих на основі вирівняних волокон або листів, які не тільки добре проводять тепло, але також мають дивовижні механічні властивості. Такі матеріали можуть знайти застосування в цілому ряді інструментів для перетворення енергії або управління теплом, приміром, створюваних для розв’язання задачі охолодження портативних пристроїв.

Зараз наукова група зайнята розширенням своїх досліджень на плівки з металевої нанодроту, а також на пористу металеву піну.

Обидва матеріали, за їх словами, стійкі до високих температур, а значить, можуть бути застосовні там, де з охолодженням поверхні не впораються вуглецеві нанотрубки.

Джерело(і):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *