Разумеется, эти приложения еще только в проекте, но разрабатываемая компанией технология уже позволяет изготовить нетканый мат из углеродных нанотрубок размером метр на три. И эта ткань в семь раз прочнее стали того же веса. Однако отдельные нанотрубки прочнее стали в сто раз, так что резервы еще есть.
Детали технологии, разумеется, не разглашаются. Ключ успеха Nanocomp лежит в использовании сравнительно длинных нанотрубок порядка миллиметра при обычной их длине в несколько микрон. Кроме того, усовершенствованный процесс химического осаждения паров позволяет сразу получать трубки без дефектов, что исключает длительную и дорогостоящую стадию очистки. Для изготовления нитей и проводов нанотрубки научились свивать прямо в процессе выращивания.
Большой интерес к продукции Nanocomp проявили военные. Они надеются, что новый материал позволит изготавливать более легкие и комфортные бронежилеты. А использование в авиации проводов из нанотрубок с проводимостью как у алюминия позволит значительно снизить вес бортовой электропроводки.
Однако далеко не все проблемы еще решены. Даже не очень понятно, как описывать прочностные свойства нового материала так, чтобы инженеры смогли рассчитать свои конструкции, изготовленные на его основе. И несмотря на то, что новую ткань специалисты считают вполне конкурентоспособной, от первых образцов до действительно массового производства еще очень долгий путь. ГА
Композиционные материалы, представляющие собой сочетание основы и армирующего наполнителя, давно завоевали себе место под солнцем. Основа (матрица) может быть полимерной, металлической, керамической или любой другой. Наполнитель – это чаще всего волокна или мелкодисперсные частицы. Основным достоинством композитов является возможность варьирования свойств в широчайшем диапазоне путем подбора состава и свойств матрицы и наполнителя. Матрица обеспечивает передачу и перераспределение нагрузки на частицы наполнителя, принимающие основной удар на себя. Это позволяет достичь выдающейся прочности, намного превосходящей параметры обычных материалов.
В последнее время в качестве армирующих наполнителей начали применяться объекты наномасштаба. С конструкционной точки зрения это оправдано, так как чем меньше частица, тем меньше в ней дефектов и тем выше ее прочность. Группа исследователей из Гарвардского университета (США) под руководством Чарльза Либера (Charles Lieber) разработала простой и дешевый способ получения полимерных пленок, наполненных углеродными нановолокнами или нанотрубками – одним из перспективнейших материалов современности.
Методика такова: вначале готовится суспензия нанонаполнителя (1% по массе) в полимере. Пленка получается путем выдувания из суспензии огромных пузырей диаметром 35 см и высотой 50 см. Затем пленка может быть нарезана в листы и сложена в несколько слоев. Пока листы композита получаются размером 225 на 300 мм, но ученые надеются «растянуть» их до квадрата со стороной в метр. Одно из достоинств метода Либера состоит в том, что частицы наполнителя распределяются в пленке равномерно, не образуя нежелательные агрегаты. При выдувании пузыря нанотрубки еще и ориентируются в одном направлении, что заметно увеличивает прочностные параметры композита до значений, выше, чем у небезызвестного кевлара, используемого для «пошива» бронежилетов (кевлар впятеро прочнее стали). Материалы, армированные нанотрубками, в предположении разработчиков из Гарварда, могут применяться как наружное покрытие фюзеляжей самолетов и бронетехники, а пленки, наполненные нановолокнами, вполне подойдут для создания дисплеев и сенсорных матриц, способных детектировать газы и болезнетворные микроорганизмы.
Сейчас исследователи пытаются найти глубинные причины пространственного упорядочивания нанотрубок и нановолокон при образовании пленки, так как это один из ключевых факторов, позволяющих управлять свойствами материала. Конечно, группа Либера не собирается останавливаться на «двумерных» пленках и интенсивно изучает свойства «объемных» материалов, полученных сворачиванием пленки в плотные цилиндры и складыванием ее в стопки. В перспективе путем подбора матричного полимера содержание армирующих частиц планируется довести до 4–5%, чтобы получить лучшие прочностные параметры.
Сама технология выдувания пленки далеко не нова и широко применяется в промышленности. Гарвардские ученые впервые применили эту технологию для полимеров, наполненных нанообъектами, получив благодаря этому новые перспективные материалы. ЕГ