מחקר על טכנולוגיית החומרים החדשים הוא למשוך את תשומת לבם של מחקרים בכל רחבי העולם. התפתחויות נעשים כדי לשפר את תכונותיהם של חומרים וגם למצוא חלופה מקדימים שיכולים להעניק תכונות רצויות על חומרים. עניין רב פיתחה לאחרונה בתחום חומרי פחמן nanostructured. ננו פחמן הופכות חשיבות מסחרית רבה עם ההתעניינות הגוברת יותר ויותר במהירות בעשור בערך מאז גילוי buckminsterfullerene, צינורות פחמן, nanofibers פחמן. צינוריות פחמן צינורות פחמן (CNTs) התערוכה תכונות מכניות, אלקטרוניות מגנטי ייחודי, אשר גרמו להם להיות למד נרחב [1-3]. CNTs הם כנראה החומרים החזקים ביותר אשר אי פעם להתקיים עם כוח מתיחה גדול מ פלדה, אבל רק אחד במשקל השישית של פלדה [4]. אייג'ימה (1991) גילו לראשונה צינורות פחמן (CNTs) באמצעות שחרור שיטה קשת [5,6]. בעקבות גילוי זה, מספר מחקרים מדעיים כבר יזמה מגוון של שיטות שימשו לסנתז CNTs, כלומר הפרשות קשת, אידוי בלייזר [7] קטליטי אדים כימיים בתצהיר של פחמימנים [80-10]. מאז פחמן חמצני קשרים קוולנטיים הם אחד החזקים ביותר בטבע, מבנה המבוסס על הסדר המושלם של איגרות חוב אלו מכוונת לאורך ציר של צינורות תייצר חומר חזק ביותר. צינורות הם מבנים חזק וגמיש, כי יכול להיות כפוף ומתח לצורות ללא כשל מבני קטסטרופלי ב Nanotube [11, 12]. מודולוס של צעירים מתחרה חוזק מתיחה של יהלום (1 Tera פסקל ~ 200 גיגה פסקל, בהתאמה) [13]. צינוריות פחמן כפי תגבורת של חומרים מרוכבים זה נכס פנטסטי של חוזק מכני המאפשר מבנים אלה כדי לשמש חיזוק חומרים אפשרי. בדיוק כמו הטכנולוגיה הנוכחית סיב פחמן, צינוריות אלה מחזקים תאפשר חומרים חזקים מאוד קל להיות מיוצר. מאפיינים אלה של CNTs משכה את תשומת לבם של מדענים בכל רחבי העולם בגלל היכולת הגבוהה שלהם לקליטת את העומס אשר מוחל על חומרים nanocomposite [11-13]. Multi-Walled פחמן Nanotube מבוסס Nanocomposites במחקר זה רב חומה פחמן (MWNTs) ישמשו כדי להכין טבעי (NR) nanocomposites גומי. המאמץ הראשון שלנו כדי להשיג ננו ב MWNTs / nanocomposites ע"נ תוקם על ידי שילוב של צינורות בפתרון פולימרי ולאחר מכן מתאדים הממס. באמצעות טכניקה זו, צינורות יהיו מפוזרים בצורה הומוגנית, בניסיון להגדיל את תכונות מכניות של nanocomposites הללו במטריצה ע"נ. תכונות של חומרים מרוכבים כגון חוזק מתיחה, מודולוס מתיחה ואת התארכות בהפסקה נחקרו. נסיוני הכור FC-CVD תוכנן לייצר CNF & CNT. ההפקה של nanofibers פחמן / Nanotube בעבודה הנוכחית נערכו כור צינורי אופקי. הכור אופקי היא שפופרת קוורץ של 50 מ"מ בקוטר 900 מ"מ אורך, מחומם על ידי חימום סיליקון קרביד. שתי צלוחיות חרוטי מחוברים זה לזה עם צינור פלסטיק מבודד, אחד מהם עבור מקור פחמימני והשני עבור מקור זרז הונחו לפני הכור צינורי. הם היו מחוברים הכור דרך צינור לגנוב חלד. בקבוק, אשר מכיל את הזרז, הונח על אדן חימום עם בקר טמפרטורה. שני סוגים של גזים השתמשו במערכת זו, מימן שימש גז מגיבים ואת ארגון עבור מהבהבים את האוויר מהמערכת, ושניהם היו בשליטת מטר זרימה. אחת הקבל הוצב לאחר הכור להתקרר לשקע גז הטמפרטורה וחומרים וממולכד כפי שמוצג דיאגרמות סכמטית והתמונה באיור 1.  | באיור 1. תרשים סכמטי של שינויים FC-CVD. |
צינוריות פחמן נוספו גומי טבעי כחומר מילוי. גומי טבעי, ששימש במחקר זה, היא צמיגות רגילה גומי מלזי קבועים 60 (SMR קורות חיים 60). הכנה של nanocomposites בוצעה באמצעות שיטת הליהוק ממס באמצעות טולואן כממיס. הסכומים המוסף של צינורות פחמן הם 1, 3, 5, 7 ו -10% wt של 10 גרם מהמשקל הכולל. תהליך יצירת גומי טבעי / צינורות כחומר nanompcosite לחלק את ארבעת התהליכים הבאים. פיזור של צינוריות שלב זה כולל פירוק / פיזור CNTs ב ממס (במקרה זה, טולואן) על מנת להפריד את צינורות כי בדרך כלל נוטים להיצמד יחד וליצור גושי, אשר הופכים קשה מאוד בתהליך. לשם כך, כמות מסוימת של פחמן או nanofibers נוספה כמות מסוימת של פתרון טולואן לאחר שקילת בקפידה (על מנת לשמור על יחס משקל סגולי של צינורות בפתרון). פתרון זה sonicated נוסף באמצעות sonicator בדיקה מכני (ברנסון sonifier), מסוגל רוטט בתדרים קוליים על מנת לגרום פיזור יעיל של צינורות או nanofibers. במחקר זה, שונה פתרונות ה-CNT היו מוכנים (המכיל CNTs ביחסים משקל שונות): i) 1% CNTs wt המכילים 10 מ"ל של תמיסת טולואן ii) 3% CNTs wt ב 10 מ"ל של תמיסת טולואן iii) 5% wt של CNTs ב 10 מ"ל של תמיסת טולואן iv) 7% CNTs wt ב 10 מ"ל של תמיסת טולואן v) 10% CNTs wt ב 10 מ"ל של תמיסת טולואן. פירוק גומי במה זה כרוך בפירוק גומי של ממס אורגני מתאים (טולואן). כמות מסוימת של גומי (במקרה זה, 10 גרם) שקל באמצעות איזון נוספה כמות מסוימת של ממס אורגני (500 מ"ל טולואן) ובכך לשמור על המשקל הרצוי יחס גומי. תערובת זו עוררה והמשיך למשך זמן מסוים עד גומי הפך מומס באופן אחיד הממס. ערבוב של גומי עם פתרון Nanotube זהו השלב האחרון בתהליך ההכנה להמיס בעצם כרוך יסודי ערבוב של פתרונות מוכנים בשלבים הראשון והשני, וכתוצאה מכך לפתרון שמורכבת תערובת טובה של צינורות גומי. לחיצה בדיקת המדגם החומר nancomposite (גומי עם CNTs) נלחץ באמצעות העיתונות חם לחתוך לצורות סטנדרטי. הדגימות התאפיינו אז תכונות מכניות נמדד. תוצאות ודיון הפקה של פחמן רב הכותל (MWCNTs) בעבודה זו המחקר, MWCNTs הופקו באמצעות צף זרז בתצהיר כימיים אדי (FC-CVD). כדי לייצר את החומרים הללו פחמן, אטומי פחמן יחד בנוכחות זרז (Fe) הברזל. זרז (Fe), ברזל, בצורת חלקיקים התקבל הפירוק של ferrocene. אטומי פחמן המופקת פיצוח של בנזן C 6 H 6 שימש את חומרי הגלם. המוצר נאסף מן הקיר של הכור ואת סירות חרס, שהונחו במרכז החדר התגובה. חקר את ההשפעות של כל פרמטר מפתח על התשואה, טוהר הקוטר הממוצע והפצה של החומר פחמן הם דנו, אך דגש רב יותר הונחו על CNTs כדי CNFs ובמידה פחותה בשל החשיבות התעשייתית שלהם תחולתה הרחב. תנאי הייצור של CNTs טהור תוקנו בטמפרטורת תגובה 850 ° C, קצב זרימת המימן 300 מ"ל / דקה והתגובה 45min זמן. בקטרים של CNTs היו מגוונות מ ננומטר 2-30 ננומטר אורך הממוצע היה 70 מיקרומטר. SEM אפיון צינוריות פחמן כתוצאה התאפיינו בהרחבה באמצעות SEM. איור 1 מציג טיפוסי תמונות SEM של צינורות פחמן. טוהר גבוהה, Nanotube מערך פחמן נצפו דמות 1. תצפית SEM מראה כי אלה צינורות פחמן הם עשרות מיקרונים ארוכים (עד 50 מיקרון) עם קוטר אחיד. מורפולוגיה בתפזורת של צינורות פחמן הם סרט ארוך כמו בכיוון. עם זאת, התמונות מצביעות על כך שהמוצרים נקי חוץ מכמה לכלוכים nanoparticle.   | איור 2. תמונות SEM של הטמפרטורה צינוריות פחמן תגובה 850 ° C, זרימת המימן שיעור 300 מ"ל / דקה וזמן 45min התגובה. |
TEM אפיון TEM בוצע כדי לאפיין את מבנה צינורות (איור 2). כדי להכין את דגימות TEM, קצת אלכוהול הושלכה על הסרט צינורות, אם כן, הסרטים האלה הועברו עם פינצטה לרשת פחמן מצופה נחושת. התמונות TEM של ננו מוצגות באיור 3 (א). ברור, מן התמונות כי כל צינורות הם חלולים צינורי בצורת. בחלק מן התמונות, חלקיקי הזרז ניתן לראות בתוך צינורות. תמונות TEM עולה כי צינורות הם טוהר גבוהה, עם הפצה קוטר אחיד, ואינם מכילים שום עיוות במבנה. בעוד דמות 3 (ב) מציג את רזולוציה גבוהה הילוכים מיקרוסקופ אלקטרונים (HRTEM) של פחמן. זה מראה מבנה גבישי הורה מאוד של ה-CNT הוא ההווה. בשולי ברורה של גיליונות graphitic מופרדים היטב 0.34 ננומטר מיושרים עם זווית מוטה של כ - 2 ° כלפי הציר צינור.   | 3. איור ותמונות TEM של CNTs (א) רזולוציה נמוכה (ב) ברזולוציה גבוהה. |
פחמן Nanotube / Nanocomposites גומי טבעי בעבודה זו מחקר, צינורות פחמן הועסקו כממשק ננו תגבור פחמן מרוכבים מתקדמים / גומי מסחרי וזו הפעם הראשונה עבודה כזו דווחה. תחזיות תיאורטיות של תכונות מכניות של צינורות פחמן כפי שתוארו לעיל, ובמיוחד את נקודות החוזק שלהם חזה גבוה (בסדר גודל של 60 GPA) ומודולים (~ 1 tPA), להפוך אותם מועמדים אטרקטיביים כחומר חיזוק כיסוי פולימר מבוסס מרוכבים מבניים. עבודה ניסויית ראשונית על Nanotube פחמן מחוזק CNT-NR הוכיחה כי עלייה גדולה מודולוס יעיל וכוח ניתן לקבל עם תוספת של כמויות קטנות של פחמן. TEM תצפיות הפיזור של CNTs ב CV60 SMR התאפיינה בשימוש במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM). קטע דקה של כ -100 ננומטר היה לחתוך בסכין יהלום ב -120 ° C כדי לבחון את הפיזור של CNTs בתוך הגומי. באיור, 4 (א) CNTs הקצר והארוך נראים. זה היה מוצג נתון זה כי CNTs מופצים homogenously במטריצה SMR CV60. עם זאת, CNTs פתוחים בשני קצותיו במהלך פיזור של CNTs לתוך טולואן, באמצעות רטט קולי בתדר ובמהלך ערבוב של CNTs ב CV60 SMR על ידי ערבוב מכני. המרחק בין CNTs במטריצה רחב שגורם להם אוריינטציה היטב עם ממשק מעט אינטראקציה ביניהם. גודלם של CNTs ב TEM מראה קוטר משתנה מ 2-20nm ו - אורך משתנה, אשר יכול להיות קצר או ארוך. איור 4 (ב) מראה את התמונה של 3 CNTs wt%, מפוזר במטריצה, אוריינטציות של CNTs ב CV60 SMR הפכה מוכוונת פחות רנדומליים. האיור מראה גם כי CNTs פתוחים בסוף. איור 4 (ג, D ו-E) מראה את CNTs את קורות החיים SMR 60 בשעה 5, 7 ו 10 wt% בהתאמה. הנתונים גם מצביעים על הכיוון של CNTs ממלא תפקיד חשוב מאוד הלחץ והמתח של מטריקס. גורם נוסף נחשב חשוב על תכונות מכניות הוא יחס: אם יחס גבוה הכוח של החומר יגדל.    | איור 4. TEM תמונה של CNTs ב SMR CV60 (א) 1% wt של CNTs (ב) 3 wt% של CNTs (ג) 5% wt של CNTs (ד) 7% wt של CNTs ו (ה) של 10% wt CNTs. |
עקומת הלחץ והמתח של אחוזים שונים של Nanotube פחמן טהור (1, 3, 5, 7 ו -10% wt של CNTs) עם SMR CV60 מוצג באיור 5. חוזק מתיחה באופן קיצוני עולה ככל בסכום של CNTs מגביר ריכוז. הנטייה הכללית היא כי רמת הלחץ הוא גדל על ידי תוספת של CNTs אשר משחקת את התפקיד של חיזוק. מתוצאות אלה, הוא הסיק את האפקט של חיזוק CNTs מסומן מאוד. כפי התוכן CNT של עליות גומי, רמת הלחץ עולה בהדרגה אבל באותו הזמן את המתח של ירידות nanocomposites.  | איור 5. הלחץ והמתח של SMR CV60 עם אחוז שונה של CNTs. |
רמה מוגברת של מתח היה בשל האינטראקציה בין CNTs ואת גומי. ממשק טוב בין CNTs ואת גומי חשוב מאוד חומר לעמוד בפני הלחץ. כפי שתואר לעיל CNTs הם חומרים חזקים מאוד בהשוואה לסוגים אחרים של חומרי מילוי, ובכך אותם מועמדים טובים כמו nanofillers. תחת עומס, המטריצה מפיצה את הכוח של CNTs הנושאות ברוב העומס המופעל. השפעת CNTs על מודולוס של יאנג SMR קורות חיים 60. תופעה דומה נצפתה עבור מודולוס של יאנג. מודולוס של הצעיר של חומרים מרוכבים עם מנורמל של מטריקס טהור מוצג באיור 6. מכך עולה כי Youngs מודולוס גדל עם עלייה בסכום של CNTs בניסוח. עם זאת, ב 1% ל 3 wt של CNTs, תוספת של מודול אינו גבוה כמו זה של חוזק מתיחה. אותו ערך של מודולוס ואת חוזק מתיחה נצפו 5% wt של CNTs. אמנם ב -7% ו -10 wt מודולוס היה גבוה יותר עוצמת מתיחה.  | איור 6. מודולוס יאנג SMR CV60 על אחוז שונות של CNTs. |
השפעת CNTs על קליטת האנרגיה של SMR קורות חיים 60 איורים 7 מראה את הקשיחות של nanocomposite ורואה את כמות האנרגיה הנדרשת כדי לשבר חומר. הנתון מראה כי, על ידי הגדלת כמות של CNTs לתוך SMR CV60 האנרגיה הקליטה צריך השבר מגדילה חומר. מאז כוח הוא יחסי הכוח הדרוש כדי לשבור את המדגם, מתח נמדד ביחידות של המרחק (כלומר, המרחק המדגם הוא מתוח), ואז פעמים זן כוח הוא יחסי כוח פעמים המרחק אשר בתורו שווה לאנרגיה כלומר: כוח × זן ~ כוח × מרחק = אנרגיה |