Ингредиенты, богатые натрием, помогают выращивать углеродные нанотрубки

Согласно новому исследованию Массачусетского технологического института, натрийсодержащие соединения, которые содержатся в обычных домашних ингредиентах, таких как моющие средства, пищевая сода и поваренная соль, являются удивительно эффективными ингредиентами для приготовления углеродных нанотрубок.

В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Angewandte Chemie, команда сообщает, что натрийсодержащие соединения, содержащиеся в обычных домашних ингредиентах, способны катализировать рост углеродных нанотрубок или УНТ при гораздо более низких температурах, чем того требуют традиционные катализаторы.

Исследователи говорят, что натрий может сделать возможным выращивание углеродных нанотрубок на множестве низкотемпературных материалов, таких как полимеры, которые обычно плавятся при высоких температурах, необходимых для традиционного роста УНТ.

«В аэрокосмических композитах есть много полимеров, которые скрепляют углеродные волокна, и теперь мы можем напрямую выращивать УНТ на полимерных материалах, чтобы делать более прочные, жесткие и жесткие композиты», — говорит Ричард Ли, ведущий автор исследования, и аспирант факультета аэронавтики и космонавтики Массачусетского технологического института. «Использование натрия в качестве катализатора действительно открывает возможности для выращивания нанотрубок».

Под микроскопом углеродные нанотрубки напоминают полые цилиндры из проволочной сетки. Каждая трубка сделана из свернутой решетки шестиугольных атомов углерода. Связь между атомами углерода необычайно прочна, и когда они образуют решетку, такую ​​как графен, или трубку, такую ​​как УНТ, такие структуры могут иметь исключительную жесткость и прочность, а также уникальные электрические и химические свойства. Таким образом, исследователи исследовали покрытие различных поверхностей УНТ для получения более прочных, жестких и жестких материалов.

Исследователи обычно выращивают УНТ на различных материалах с помощью процесса, называемого химическим осаждением из паровой фазы. Интересующий материал, такой как углеродные волокна, покрывается катализатором — обычно соединением на основе железа — и помещается в печь, через которую протекает диоксид углерода и другие углеродсодержащие газы. При температуре до 800 градусов по Цельсию железо начинает вытягивать атомы углерода из газа, которые стекаются на атомы железа и друг к другу, в конечном итоге образуя вертикальные трубки из атомов углерода вокруг отдельных углеродных волокон. Затем исследователи используют различные методы для растворения катализатора, оставляя после себя чистые углеродные нанотрубки.

Ли и его коллеги экспериментировали с способами выращивания УНТ на различных поверхностях, покрывая их различными растворами железосодержащих соединений, когда команда заметила, что полученные углеродные нанотрубки выглядели иначе, чем они ожидали.

«Пробирки выглядели немного забавно, и Рич и команда осторожно очистили лук от кожуры, и оказалось, что небольшое количество натрия, которое, как мы подозревали, было неактивным, на самом деле вызвало весь рост», — говорит Уордл.

По большей части железо было традиционным катализатором роста УНТ. Уордл говорит, что это первый раз, когда исследователи наблюдают подобный эффект натрия.

«Натрий и другие щелочные металлы не исследовались для катализа УНТ», — говорит Уордл. «Эта работа привела нас к другой части таблицы Менделеева».

Чтобы убедиться, что их первоначальное наблюдение не было случайностью, команда проверила ряд натрийсодержащих соединений. Первоначально они экспериментировали с натрием товарного сорта в виде пищевой соды, поваренной соли и гранул моющего средства, которые они приобрели в магазине на территории кампуса. В конце концов, однако, они превратились в очищенные версии тех соединений, которые они растворяли в воде. Затем они погрузили углеродное волокно в раствор каждого соединения, покрывая всю поверхность натрием. Наконец, они поместили материал в печь и выполнили типичные этапы процесса химического осаждения из паровой фазы для выращивания УНТ.

Источник

Метки: углерод