Материалы из нанотрубок

Форма нанотрубок позволяет укладывать их двояко: хаотично или упорядоченно, — что влияет на свойства материалов. Нанотрубки можно модифицировать, присоединять к ним различные химические группы и наночастицы. Это также меняет свойства самих нанотрубок и материалов их них.

К материалам первой группы относятся "монолитные" структуры из нанотрубок; покрытия, пленки и нанобумага из трубок; волокна из трубок; "лес" — нанотрубки, расположенные параллельно друг другу и перпендикулярно подложке. "Монолитные" материалы не получили широкого распространения.

Из спутанных длинных нанотрубок выделена "резина", устойчивая к разрушению при циклических нагрузках и температурах от -140 до +900 С. Ее показатели далеко превосходят силиконовую резину, которую считают лучшим вязкоэластичным материалом.

Из нанобумаги делают фильтры (в том числе для удаления вирусов или обессоливания воды), защиту от электромагнитного излучения, детали нагревателей, сенсоры, актюаторы, полевые эмиттеры, электроды электрохимических устройств, носители катализаторов и др.

Прозрачные электропроводные пленки и покрытия конкурируют с твердым раствором оксидов индия и олова и способны заменять этот дорогой и хрупкий материал в приборах электроники, сенсорики и фотовольтаики.

Волокна из углеродных нанотрубок казались идеальным материалом троса "космического лифта" для экономичного подъема грузов на околоземную орбиту. Однако перенос свойств нанотрубок на макроматериалы оказался далеко не простой задачей.

Волокна получают разными способами. "Сухие" способы включают формирование из аэрогеля, образующегося в процессе пиролиза углеводородов, и прядение из "леса".

Технология вытягивания и скручивания волокон из аэрогеля — "мягкого дыма" — разработана в Кембриджском университете. В реакционную зону с высокой температурой подают углеводород, из которого образуется аэрогель (т.е. гель, в котором жидкая фаза полностью заменена газообразной). Из него, как в старину из кудели, прядут волокно. Прядение из "леса" напоминает получение шелковых нитей из коконов шелкопряда.

Растворные способы получения волокон — экструзия дисперсий в поток жидкости или вытягивание из коллоидных растворов в суперкислотах (кислотах сильнее серной).

"Лес" по набору свойств не имеет аналогов — это упругий, электро- и теплопроводный материал, способный принимать разные формы и подвергаться модифицированию. В 2004 году был описан высокопроизводительный процесс суперроста "леса": получение очень чистых углеродных нанотрубок длиной до 15-18 мм, — который значительно снижает их себестоимость.

"Лес" можно использовать для создания электродов суперконденсаторов, полевых эмиттеров и солнечных батарей, как компонент композитов на основе полимеров. Укладкой "леса" на поверхность подложки получены плотные ленты. По удельной электропроводности они могут превзойти металлы и найдут применение в авиакосмической отрасли.

Ленты для искусственных мускулов из параллельно расположенных нанотрубок действуют при температурах от 80 до 1900 К и при приложении электрического потенциала обеспечивают очень высокое удлинение. Такие преобразователи электричества в механическую энергию значительно эффективнее пьезокристаллов.