Um grande avanço na pesquisa de fibras de nanotubos de carbono ultra-fortes na China

Recentemente, a equipe do Professor Wei Fei do Departamento de Engenharia Química da Universidade de Tsinghua se uniu ao Prof. Li Xide da Escola de Aeronáutica e Astronáutica da Universidade de Tsinghua para fazer um grande avanço no campo de fibras de nanotubos de carbono superlongas. Foi relatado pela primeira vez no mundo que a resistência teórica de nanotubos de carbono únicos era extremamente longa. Os feixes de nanotubos de carbono têm uma resistência à tração que excede todos os outros materiais de fibra encontrados atualmente.

Os nanotubos de carbono são considerados um dos materiais mais poderosos encontrados atualmente, com resistências à tração de mais de 100 GPa e mais de 10 GPa de resistência de fibra de carbono. Entretanto, quando um único nanotubo de carbono com excelentes propriedades mecânicas é preparado em um material macroscópico, seu desempenho geralmente fica muito abaixo do valor teórico. Em contraste, os nanotubos de carbono ultralongos têm centímetros ou mesmo decímetros de comprimento e apresentam uma estrutura perfeita, com orientação uniforme e propriedades mecânicas próximas ao limite teórico, além de apresentarem grandes vantagens na preparação de fibras superfortes.

Ao usar métodos de focalização de fluxo de gás in situ, a equipe de pesquisa pode controlar a preparação de um tubo de nanotubo de carbono superlongo contínuo de um centímetro com uma composição definida, uma estrutura perfeita e um arranjo paralelo, evitando habilmente o fator limitante. Ao preparar feixes de nanotubos de carbono ultralongos contendo diferentes números de unidades e analisar quantitativamente os efeitos de sua composição nas propriedades mecânicas dos feixes de nanotubos de carbono ultralongos, modelos físicos/matemáticos estabelecidos foram estabelecidos.

O estudo descobriu que a distribuição inicial de tensões dos nanotubos de carbono no feixe de tubos não é uniforme, de modo que os nanotubos de carbono no feixe de tubos não podem ser submetidos a forças simultâneas e uniformes, o que por sua vez leva a uma diminuição na resistência geral, ou seja, o “efeito Daniel”. Com base nisso, a equipe de pesquisa propôs uma estratégia de “relaxamento síncrono”, que libera o estresse inicial dos nanotubos de carbono no feixe de tubos por nanomanipulação, de modo que fique em uma faixa estreita de distribuição e, portanto, a resistência à tração do feixe de nanotubos de carbono Elevado acima de 80 GPa, próximo à resistência à tração de nanotubos de carbono simples.

Este trabalho revela as perspectivas brilhantes do uso de nanotubos de carbono ultralongos para a fabricação de superfibras e, ao mesmo tempo, aponta as direções e métodos para o desenvolvimento de novas superfibras.