中国における超強力カーボンナノチューブ繊維の研究における大きな進歩

最近、清華大学化学工学部の魏飛教授のチームは、清華大学航空航天学院の李希徳教授と協力し、超長カーボンナノチューブ繊維の分野で大きな進歩を遂げました。単一カーボンナノチューブの理論上の強度が極めて長いことが世界で初めて報告されました。 カーボンナノチューブ束は、現在発見されている他のすべての繊維材料を上回る引張強度を備えています。

カーボンナノチューブは、引張強度が 100 成績 以上、炭素繊維の 10 倍以上の強度を持ち、現在発見されている最も強力な材料の 1 つと考えられています。 しかし、優れた機械的特性を持つ単一のカーボンナノチューブをマクロな材料に調製した場合、その性能は理論値をはるかに下回ることがよくあります。 対照的に、超長カーボンナノチューブは、長さが数センチメートル、あるいは数十センチメートルにもなり、均一な配向と理論限界に近い機械的特性を備えた完璧な構造を持ち、超強力繊維の製造に大きな利点があります。

研究チームは、その場ガス流集束法を使用することで、明確な組成、完全な構造、平行配置を備えたセンチメートル連続超長カーボンナノチューブチューブの製造を制御し、制限要因を巧みに回避することができます。 異なる数のユニットを含む超長カーボンナノチューブの束を準備し、その構成が超長カーボンナノチューブの束の機械的特性に与える影響を定量的に分析することで、確立された物理的/数学的モデルが確立されました。

研究では、チューブ束内のカーボンナノチューブの初期応力分布が均一ではなく、チューブ束内のカーボンナノチューブが同時に均一な力を受けることができず、全体的な強度の低下、つまり「ダニエル効果」につながることが判明しました。 これに基づいて研究チームは、「同期緩和」戦略を提案した。これは、ナノマニピュレーションによってチューブ束内のカーボンナノチューブの初期応力を解放し、分布の範囲を狭くすることで、カーボンナノチューブビームの引張強度を高めるというものである。 80 成績 以上にまで上昇し、単一カーボンナノチューブの引張強度に近づきました。

この研究は、超長カーボンナノチューブをスーパーファイバーの製造に使用する明るい展望を明らかにするとともに、新しいスーパーファイバーの開発の方向性と方法を示しています。