No más enredos, nanotubos

No más enredos, nanotubos


27 de abril de 2022

(Noticias de Nanowerk) Los nanotubos de carbono que se enredan como espaguetis pueden alcanzar su máximo potencial con un poco de salsa especial.

Los científicos de la Universidad de Rice han creado la salsa adecuada, un solvente a base de ácido que simplifica el procesamiento de los nanotubos de carbono lo suficiente como para que sea más fácil de escalar para aplicaciones industriales.

El laboratorio de arroz de Matteo Pasquali se puso en contacto avances científicos («Disolventes ácidos versátiles para el ensamblaje de nanotubos de carbono prístinos») sobre el descubrimiento de una combinación única de ácidos que ayudan a separar los nanotubos en una solución y transformarlos en películas, fibras u otros materiales con excelentes propiedades eléctricas y mecánicas. Una maraña de nanotubos de carbono parecida a un espagueti vista en una imagen de microscopio Una maraña de nanotubos de carbono con forma de espagueti vista en una imagen de microscopio ya no será un problema cuando se procese con un solvente desarrollado en la Universidad de Rice. El solvente permitirá aplicaciones para nanotubos de carbono más allá de la fabricación de fibras conductoras, incluida la impresión 3D y de rollo a rollo. (Imagen: Grupo de Investigación Pasquali)

El estudio, codirigido por el ex alumno Robert Headrick y el estudiante graduado Steven Williams, informa que el solvente es compatible con los procesos de fabricación convencionales. Eso debería ayudarlo a encontrar un lugar en la producción de materiales avanzados para muchas aplicaciones.

«Hay una creciente comprensión de que aumentar la extracción de cobre, aluminio y níquel probablemente no sea una buena idea», dijo Pasquali, profesor AJ Hartsook de Rice y profesor de ingeniería química y biomolecular, química y ciencia de los materiales, y nanoingeniería. También es director de Rice-based Carbon Hub, que promueve el desarrollo de materiales de carbono avanzados en beneficio del medio ambiente.

«Pero existe esta gran oportunidad de usar hidrocarburos como nuestro mineral», dijo. “Con esto en mente, debemos expandir tanto como sea posible el área en la que podemos usar materiales de carbono, particularmente donde se pueden reemplazar los metales con un producto que se puede producir de manera sostenible a partir de una materia prima como los hidrocarburos”, señaló Pasquali. estos procesos de fabricación también producen hidrógeno limpio.

“El carbono es abundante, controlamos las cadenas de suministro y sabemos cómo sacarlo de manera ambientalmente responsable”, dijo.

Una mejor manera de procesar el carbono ayudará. El solvente se basa en ácido metanosulfónico (MSA), ácido p-toluenosulfónico (pToS) y ácidos oleicos, que en combinación son menos corrosivos que los que se usan actualmente para procesar nanotubos en una solución. La separación de los nanotubos (lo que los investigadores llaman disolución) es un paso necesario antes de que puedan extruirse a través de una aguja u otro dispositivo, donde las fuerzas de corte ayudan a transformarlos en fibras o láminas familiares.

Los ácidos oleico y clorosulfónico se han utilizado durante mucho tiempo para disolver nanotubos sin alterar sus estructuras, pero ambos son altamente corrosivos. Al combinar oleum con dos ácidos más débiles, el equipo desarrolló un proceso ampliamente aplicable que permite una nueva fabricación de productos de nanotubos.

«El oleum rodea cada nanotubo individual y le da una carga positiva muy localizada», dijo Headrick, ahora científico investigador de Shell. Esa carga hace que se repelan entre sí.

Una vez desenredados, los ácidos más suaves separan aún más los nanotubos. Descubrieron que MSA es más adecuado para el hilado de fibra y la producción de películas de rollo a rollo, mientras que pToS, un sólido que se funde a 40 grados Celsius (104 grados Fahrenheit), es particularmente útil para aplicaciones de impresión 3D, ya que permite el procesamiento de Soluciones de nanotubos calentadas a temperatura moderada y luego solidificadas por enfriamiento.

Los investigadores utilizaron estas soluciones estables de cristal líquido para hacer cosas tanto de forma moderna como tradicional, imprimiendo en 3D aerogeles de nanotubos de carbono y patrones de serigrafía en una variedad de superficies, incluido el vidrio.

Las soluciones también permitieron la producción rollo a rollo de películas transparentes que pueden usarse como electrodos. «Para ser honesto, fue un poco sorprendente lo bien que funcionó», dijo Headrick. «Fue prácticamente perfecto en el primer intento».

Los investigadores encontraron que el oleum todavía necesita un manejo cuidadoso, pero una vez diluido con los otros ácidos, la solución es mucho menos agresiva con otros materiales.

«Los ácidos que usamos son mucho más suaves que se pueden usar con plásticos tradicionales», dijo Headrick. “Esto abre la puerta a muchas técnicas de impresión y procesamiento de materiales que ya se están utilizando en las instalaciones de producción.

«También es muy importante integrar nanotubos de carbono en otros dispositivos y depositarlos como un paso en el proceso de fabricación de un dispositivo», dijo.

Informaron que las soluciones menos corrosivas no emitían humos nocivos y eran más fáciles de limpiar después de la producción. MSA y pToS también se pueden reciclar después del procesamiento de nanotubos, lo que reduce su impacto ambiental y los costos de energía y procesamiento.

Williams dijo que el próximo paso es ajustar el solvente para las aplicaciones y determinar cómo factores como la quiralidad y el tamaño afectan el procesamiento de los nanotubos. «Es muy importante que tengamos tubería de alta calidad, limpia y de gran diámetro», dijo.



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