Buckytubes - een Additief Voor Plastieken

Besproken Onderwerpen

Achtergrond

Een Veelzijdige Vuller voor Plastieken

Nieuwe Toepassingen

Elektrisch Geleidende Plastieken

Kritieke Lading

Buckytubes Als Oplossing

Kansen

Achtergrond

Het begin van dit verhaal is verteld vaak. In 1985, leidde een samenloop van gebeurtenissen tot een onverwacht en ongepland experiment met een nieuw soort microscoop resulterend in de ontdekking van een nieuwe molecule die zuiver van koolstof wordt gemaakt - de eigenlijke elementenchemici vonden er niets meer waren ongeveer te leren. Buckyballs - zestig koolstofatomen die in een vorm van de voetbalbal worden geschikt - was ontdekt en de chemische wereld, om nog te zwijgen van de fysieke en materiële werelden, zou nooit het zelfde zijn.

Een Veelzijdige Vuller voor Plastieken

De mechanische (stijfheid, sterkte, hardheid), thermische en elektrische eigenschappen van zuivere buckytubematerialen laten een massa toepassingen, van batterijen en brandstofcellen aan vezels toe en kabels aan farmacie en biomedische materialen. De Scores van extra toepassingen komen te voorschijn wanneer één aan het mengen nanotubes met andere materialen denkt om bestaande eigenschappen te verbeteren of nieuwe degenen te verstrekken. Het Gebruiken nanotubes als vullers in thermoplast en thermosets, bijvoorbeeld, is besproken verscheidene jaren, en ondergaan slechts onlangs snelle onderzoek en ontwikkeling aangezien de voldoende hoeveelheden het buckytubemateriaal van uitstekende kwaliteit beschikbaar wordt om dergelijke onderzoeken toe te laten.

Één van de belangrijkste technologieontwikkelingen van de laatste helft van de 20ste eeuw was de wezenlijke vervanging van metalen met plastieken. Het Grootste Deel van deze vervanging is in structurele toepassingen geweest, waar de plastieken zijn gebouwd om staal en andere structurele metalen te overtreffen door adequate sterkte of stijfheid aan lagere gewicht en kosten te verstrekken. Een zeer belangrijk bezit dat de metalen altijd over plastieken zullen hebben, echter, is in elektrogeleidingsvermogen. De Plastieken zijn ongelooflijk goede elektroisolatie; in feite, leidt dit bezit tot veel van het meest algemene en belangrijke gebruik van plastieken. Niettemin, de toepassingen voor plastieken wezenlijk worden verbreed als er goede oplossingen bestonden om deze materialen geleidend te maken.

Nieuwe Toepassingen

Deze toepassingsgebieden omvatten: antistatische, elektrostatische verdwijnende, en elektromagnetische beschermende en absorberende materialen. De Elektromagnetische interferentie en van de radiofrequentieinterferentie (EMI/RFI) beveiliging, bijvoorbeeld, is essentieel in laptop computers, celtelefoons, pagers en andere draagbare elektronische apparaten om interferentie met en van andere elektronische apparatuur te verhinderen. Momenteel, is er met deze bedoeling geen geschikt plastic materiaal, en het metaal, onder één of andere vorm, wordt typisch toegevoegd om deze functie in elektronische apparatuur te verstrekken gevallen die, die wezenlijk gewicht opleggen en uitgave vervaardigen.

Elektrisch Geleidende Plastieken

Voor sommige toepassingen, zijn de plastieken geladen met geleidende materialen jarenlang om geleidingsvermogen te verstrekken. De gemeenschappelijkste vuller is zwartsel, wat vrij goedkoop is en goed in vele toepassingen werkt.

Kritieke Lading

Één nadeel aan zwartsel als geleidende vuller, echter, is de hoge lading die wordt vereist om het gewenste niveau van geleidingsvermogen te verstrekken. Het is goed - geweten dat het geleidingsvermogen van een gevulde isolatie, zoals een polymeerhars, met vullerlading in een klassieke S-curve stijgt. Namelijk tot een kritieke lading, verandert het bulkgeleidingsvermogen weinig, maar stijgt zeer snel op het toevoegen van enkel een bit meer vuller. Dit is omdat het hoge bulkgeleidingsvermogen de aanwezigheid van vele lange geleidende wegen vereist, die worden verkregen slechts wanneer de lading zo hoog is dat wanneer willekeurig verdeeld, de geleidende deeltjes (b.v., zwartsel) waarschijnlijk zullen lange kettingen vormen. Deze kritieke ladingsdrempel is eigenlijk vaak meer hoog dan worden vereist als op de een of andere manier deze deeltjes in de optimale posities zouden kunnen worden geplaatst om lange kettingen met de minimale lading te vormen. Maar, kan het zijn natuurlijk submicron in grootte, dit niet worden gedaan. Heel wat zwartsel wordt in de overtolligheid verspild die wordt vereist om boven het drempelniveau op te bouwen waar deze lange kettingen zich vormen.

Ook goed - het geweten is het feit dat de kritieke ladingsdrempel dramatisch vermindert aangezien de aspectverhouding (lengte aan breedte) van de vullerdeeltjes stijgt. Dit is omdat de langere deeltjes een grotere afstand van de geleidende weg behandelen, terwijl het zwartsel, dat sferoïdaal is, een ketting moet vormen van het raken van deeltjes om de afstand te behandelen die een vezel-vormige vuller alleen zou behandelen.

Waarom is de vullerlading belangrijk? Ongeacht gewichtsbesparingen, wanneer een plastiek met zwartsel bij 30 wordt geladen, worden 40, zelfs 50% door volume, dat vaak het niveau nodig is om het gewenste bulkgeleidingsvermogen te bereiken, de mechanische eigenschappen van de samenstelling streng gedegradeerd. Vaak is het bruikbaar helemaal niet, en typisch is het niet meer mouldable, wat vaak het kritiekste bezit van plastic delen is.

Buckytubes Als Oplossing

Buckytubes biedt een oplossing aan. Eerst, is Buckytubes verschrikkelijk elektroleiders, zoals hierboven beschreven. Geen polymeer is een betere leider en niets beter zal waarschijnlijk worden gevonden. (De Zogenaamde geleidende polymeren, een klasse van lange-keten molecules met een vervoegde backbone, zouden beter beschreven worden als molecularresistors; zij zijn intrinsiek semiconducting.) Ten Tweede, heeft Buckytubes een phenomenally hoge aspectverhouding. De Individuele buizen zijn ongeveer 1 NM in diameter (ongeveer de helft van de diameter van DNA, en ongeveer 1/10.000th de diameter van grafietvezels), en 100-1000 NM in lengte. Aldus, is de aspectverhouding van buckytubes rond 100-1000, vergelijkbaar geweest met ongeveer 1 voor zwartseldeeltjes. Dit verandert reeds het spel volledig, door het kritieke ladingsniveau te duwen naar beneden, zoals hierboven beschreven. Tot Slot buckytubes natuurlijk is de vorm, in feite geboren met, de morfologie die waarschijnlijk ideaal voor geleidende vullertoepassingen is. Buckytubes zelf-assembleert in „kabels“ van tientallen aan honderden zich gerichte buizen, zij aan zij het lopen, het vertakken en het opnieuw combineren. Wanneer onderzocht door elektronenmicroscopie, is het bijzonder moeilijk om het eind van om het even welk van deze kabels te vinden. Aldus, vormen de kabels zich natuurlijk - voorkomend zeer lange geleidende wegen die in elektrisch het maken van geleidende gevulde samenstellingen kunnen worden geëxploiteerd. De Aanvankelijke aanwijzingen zijn dat de dramatisch lagere ladingen van buckytubes worden vereist om een bepaald niveau van geleidingsvermogen dan voor een andere geleidende vullers te bereiken.

Kansen

De kansen voor geleidende die plastieken, evenals thermosets, met buckytubes wordt gevuld zijn overvloedig. De Zeer lage ladingen (<0.1%) voorzien antistatische en elektrostatische verdwijnende toepassingen. Één voorbeeld is in het schilderen van automobiele lichaamsdelen, die meer en meer van plastieken worden gemaakt. Omdat zij isolatie zijn, omhoog laden de plastic delen, die hen veroorzaken die de verfdruppeltjes elektrostatisch af te weren in nevel-schildert van de lichaamsdelen worden gevormd. Dit resulteert in heel wat verspilde verf, die zowel een economisch als milieuprobleem is. Een geleidende inleidingslaag kan worden toegepast, maar die extra verwerkingsstap is ook vrij duur. de ideale situatie is deel zelf voldoende aan afvoerkanaal geleidend te maken weg laadt opeenhoping door het deel met grond tijdens het het schilderen proces te verbinden.

Een Ander breed gebied van toepassing voor buckytube-gevulde plastieken is in beveiliging EMI/RFI, die gebruik heeft, zoals die, in draagbare elektronika, en defensietoepassingen hierboven wordt beschreven. Als, zoals verschijnt waarschijnlijk, de goede vermindering van elektromagnetische straling bij buckytubeladingen kan worden bereikt op de orde van 1% of minder, zou de goede mechanische stabiliteit moeten worden gehandhaafd, het toelaten van het om worden gevormd. Dit zou een significante doorbraak in plastieken vertegenwoordigen en zou het verbreden van hun gebruik toelaten. Ander defensiegebruik van buckytubesamenstellingen is zo ook significant zoals radar-absorberend of het wijzigen van materiaal voor vliegtuigen en raketten.

De enkel beschreven toepassingsgebieden maken gebruik van het elektrogeleidingsvermogen van buckytubes waar zij de hoogste toegevoegde waarde bijdragen. Nochtans, is er grote belofte in de ontwikkeling van toepassingen die de thermische en mechanische eigenschappen eveneens van buckytubes exploiteren. Als de elektro hier beschreven toepassingen, zijn de mogelijkheden mening het boggling. Gestemd Verblijf!

Bron: De Nanotechnologie van de Koolstof, Inc.

Voor meer informatie over deze bron te bezoeken gelieve de Nanotechnologie van de Koolstof, Inc.

Date Added: Sep 22, 2003 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 11. June 2013 20:49

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit