Un gran avance en la investigación de fibras de nanotubos de carbono ultrarresistentes en China
Recientemente, el equipo del profesor Wei Fei del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Tsinghua se asoció con el profesor Li Xide de la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica de la Universidad de Tsinghua para lograr un gran avance en el campo de las fibras de nanotubos de carbono superlargas. Se informó por primera vez en el mundo que la resistencia teórica de los nanotubos de carbono individuales era extremadamente larga. Los haces de nanotubos de carbono tienen una resistencia a la tracción que supera a todos los demás materiales de fibra encontrados actualmente.
Los nanotubos de carbono se consideran uno de los materiales más potentes que se encuentran actualmente, con resistencias a la tracción de más de 100 GPa y más de 10 resistencias de fibra de carbono. Sin embargo, cuando un solo nanotubo de carbono con excelentes propiedades mecánicas se transforma en un material macroscópico, su rendimiento suele estar muy por debajo del valor teórico. Por el contrario, los nanotubos de carbono ultralargos tienen centímetros o incluso decímetros de longitud y tienen una estructura perfecta, con orientación uniforme y propiedades mecánicas cercanas al límite teórico, y tienen grandes ventajas en la preparación de fibras superfuertes.
Al utilizar métodos de enfoque de flujo de gas in situ, el equipo de investigación puede controlar la preparación de un tubo de nanotubos de carbono superlargo continuo de un centímetro con una composición definida, una estructura perfecta y una disposición paralela, y evita hábilmente el factor limitante. Mediante la preparación de haces de nanotubos de carbono ultralargos que contienen diferentes números de unidades y el análisis cuantitativo de los efectos de su composición sobre las propiedades mecánicas de los haces de nanotubos de carbono ultralargos, se establecieron modelos físicos/matemáticos establecidos.
El estudio encontró que la distribución de la tensión inicial de los nanotubos de carbono en el haz de tubos no es uniforme, por lo que los nanotubos de carbono en el haz de tubos no pueden estar sujetos a fuerzas simultáneas y uniformes, lo que a su vez conduce a una disminución de la resistencia general, es decir, el "efecto Daniel". Basándose en esto, el equipo de investigación propuso una estrategia de “relajación sincrónica”, que libera la tensión inicial de los nanotubos de carbono en el haz de tubos mediante nanomanipulación, de modo que se encuentre en un rango estrecho de distribución y, por lo tanto, se mantenga la resistencia a la tracción del haz de nanotubos de carbono. Elevado a más de 80 GPa, cerca de la resistencia a la tracción de los nanotubos de carbono individuales.
Este trabajo revela las brillantes perspectivas de utilizar nanotubos de carbono ultralargos para la fabricación de superfibras y, al mismo tiempo, señala las direcciones y los métodos para el desarrollo de nuevas superfibras.