Karbon nanotüplerini alışılagelmiş plastik olarak kullanılabilir yapmak

Araştırmacılar, kresollerin daha önce görülmemiş yüksek konsantrasyonlarda karbon nanotüpleri dağıttığını keşfetti.

Northwestern Üniversitesi’ndeki Jiaxing Huang, yeni bir karbon nanotüp araştırmasına imza atmaya hazır. Bunu bir zamanlar ev temizleyicilerinde kullanılan yaygın bir kimyasal ile yapıyor.

Ucuz, kitlesel olarak üretilen, kresol olarak adlandırılan basit bir çözücü kullanan Huang, nanotüpleri modifiye etmek için katkı maddeleri veya sert kimyasal reaksiyonlara ihtiyaç duymadan, eşi görülmemiş yüksek konsantrasyonlarda dağınık karbon nanotüpler yapmanın bir yolunu keşfetti.

Huang; şaşırtıcı bir bükülmede, nanotüp konsantrasyonlarının artmasıyla, malzemenin seyreltik bir dispersiyondan kalın bir macuna, sonra serbest duran bir jele ve son olarak şekillendirilebilen ve kalıplanabilen bir yoğrulur hamur haline geçtiğini de bulmuştur.

Çalışma, Proceedings of the National Academy of Sciences’ta 14 Mayıs'ta çevrimiçi yayınlandı.

Northwestern’in McCormick Mühendislik Okulu'nda malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Huang “Olağanüstü mekanik, termal ve elektriksel özellikleri nedeniyle, karbon nanotüpleri birçok uygulama için çok dikkat çekti. Fakat onlarca yıl süren araştırma ve geliştirmelerden sonra, heyecanın bir kısmı söndü.

Sebep ne? Karbon nanotüpleri, özellikle büyük miktarlarda işlemek oldukça zor bir süreçtir. İnsan kılından yaklaşık 10,000 kat daha ince, tel, boru şeklindeki yapıların, çelikten daha güçlü olduğu ve ısı ve elektriği bakırdan çok daha iyi ilettiği söylenir. Fakat kütle ürettiği zaman - genellikle toz şeklinde - tüpler bükülür ve bir araya toplanır. Bu komplikasyon, malzemenin yaygın uygulamalarında büyük bir engeldir.” dedi.

Huang, “Toplanan tüplerin çözücülerde dağılması zordur. Ve eğer iyi bir dağılma elde edemiyorsanız, pek çok uygulamada güvenilir yüksek kaliteli nanotüp ince filmler yapamazsınız.” dedi.

Bu problemi aşabilmek için, önceki araştırmacılar yüzeylerini kimyasal olarak değiştirmek ve onları ayırmaya zorlayan nanotüpleri kaplamak için katkı maddeleri kullandılar. Her ne kadar bu yöntemler işe yarasa da, ardında kalıntı bırakmakta ya da nanotüplerin arzu edilen özelliklerde yüzey yapılarını değiştirememektedir.

Buna karşılık, Huang’ın ekibi, kresolün karbon nanotüplerin yüzey fonksiyonlarını bozmadığını buldu. Ve dolaşmış tüpleri ayırdıktan sonra, araştırmacılar, kimyasalları buharlaştırarak yıkayarak veya ısıtarak ayırabildiler.

Beklenmedik yoğurma bulma

Yüksek ve daha yüksek konsantrasyonlarda karbon nanotüp yapmak için yeni bir yol bulunduktan sonra, Huang ve ekibi, malzemenin yeni formlarını keşfettiler. Karbon nanotüplerin konsantrasyonu arttıkça, malzeme seyreltilmiş bir dispersiyondan sürülebilir bir macuna, serbest duran bir jele ve son olarak da yoğrulabilen bir hamur haline geçiş yaptı. Bu çeşitli formlar, 3D baskı için kalıplanabilir, yeniden şekillendirilebilir veya iletken mürekkep olarak kullanılabilir.

Huang'ın laboratuvarında lisansüstü öğrencisi ve makalenin ilk yazarı, Kevin Chiou,  “Nanotüplerin hamur hali büyüleyici bir şey. Playdough gibi kolayca şekillendirilebilir ve kalıplanabilir.” dedi.

1. Kevin Chiou, Segi Byun, Jaemyung Kim, Jiaxing Huang. Additive-free carbon nanotube dispersions, pastes, gels, and doughs in cresols. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201800298 DOI: 10.1073/pnas.1800298115