Kangaskudoksia hiilinanoputkista

University of Illinois at Urbanan tutkijat ovat syntetisoineet ohuita hiilinanoputkista (CNT) koostuvia tekstiilejä, joilla on korkea sähkönjohtavuus sekä sitkeystaso, joka on noin viisikymmentä kertaa suurempi kuin kuparikalvoilla, joita nykyisin käytetään elektroniikassa.

Hiilinanoputket ovat olleet olemassa jo 90-luvulta alkaen mutta on osoittautunut todella vaikeaksi rakentaa niistä kankaiden tai kalvojen tapaisia materiaaleja, joissa esiintyy niiden parhaat ominaisuudet senttimetrien tai metrien mitoilla.

Haaste johtuu nanoputkien geometriasta, jota on erittäin vaikea hallita. Tutkijoiden mukaan kyseessä onkin ensimmäinen tutkimus soveltaa murtumismekaniikan periaatteita suunnitella ja tutkia nanorakenteisten CNT-tekstiilien sitkeyttä.

Tutkijoiden käyttämä porrastettu katalyyttikuvio on saanut vaikutteita tiili ja laasti tekniikasta, jota esiintyy kovissa luonnon materiaaleissa, kuten luu, helmiäinen, lasi merisieni ja bambu. Tutkijoita innoitti myös silmukointiprosessi, jonka kehittivät muinaiset egyptiläiset 5000 vuotta sitten tehdessään pellavatekstiilejä.

Tutkijat yrittivät alkuun useilla mekaanisilla lähestymistavoilla kuten mikrorullaus ja yksinkertainen mekaaninen puristus samanaikaisella nanoputkien uudelleen suuntaamisella kunnes lopulta he käyttivät itseajautuvia kapillaarivoimia nitoa hiilinanoputkia yhteen.

"Rakenteellisella ohutmetallikalvojen luotettavuudella on huomattava merkitys älykkään ihon ja joustavan elektroniikan kuten biologisien ja rakenteellisien terveysseurannan antureiden luotettavalle toiminnalle," selitti Illinoisin Sameh Tawfick saavutuksen merkitytä.

"Linjattujen hiilinanoputkien arkit sopivat monenlaisiin sovelluksiin ulottuen mikro- ja makroasteikoille, mukaan lukien MEMS-systeemit, superkondensaattorin elektrodit, sähkökaapelit, keinotekoiset lihakset ja monikäyttöiset komposiitit, toteavat tutkijat.