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Die Revolution von Kohlenstoffnanoröhren: Wie verbessern sie erstaunlich die mechanischen Eigenschaften von Polymeren?
Auf dem Gebiet der Materialwissenschaft haben Polymerbasis Verbundwerkstoffe (PMCs) für ihre strukturelle Festigkeit und leichte Eigenschaften weit verbreitet.Neuere Untersuchungen zeigen, dass Kohlenstoffnanoröhren als Verstärkungsmaterial innovative Fortschritte erzielen und diese Fasern die mechanischen Eigenschaften von Polymeren erheblich verbessern können.Dies hat tiefgreifende Auswirkungen auf verschiedene Anwendungsfelder wie Luft- und Raumfahrt, Automobile und Architektur.
Kohlenstoffnanoröhren sind für ihre hervorragende Festigkeit und Steifigkeit bekannt und können die Materialleistung bei niedrigen Volumenlasten erheblich verbessern.
Die Matrix von Verbundwerkstoffen auf Polymerbasis besteht normalerweise aus Thermosets oder thermoplastischen Polymeren.Thermosetsharze wie Epoxidharze sind der häufigste Typ in der Kompositenindustrie.Nach der Heilung ändern diese Harze nicht mehr die Form, was sie für viele industrielle Anwendungen geeignet macht.
Eigenschaften und Vorteile von Kohlenstoffnanoröhren
Die starke kovalente Bindungsstruktur von Kohlenstoffnanoröhren verleiht ihm eine extrem hohe Zugsteifigkeit und -festigkeit, und ihre Dichte ist ebenfalls sehr niedrig.Diese einzigartigen Eigenschaften bedeuten, dass Kohlenstoffnanoröhren die Polymerleistung selbst bei Volumenlasten von weniger als 2%erheblich verbessern können.Um diese Eigenschaften zu nutzen, sind jedoch gute Lastübertragungsfähigkeiten zwischen den Kohlenstoffnanoröhren und der Matrix erforderlich.
Effizienter Lastübertragung ist für die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren-verstärkten Polymeren von wesentlicher Bedeutung.
Studie zeigt, dass die Verwendung von langen Kohlenstoffnanoröhren die Zugsteifheit und -steifigkeit verbessern kann, hauptsächlich weil sie eine größere Entfernung des Spannungsübertragers bieten können.Darüber hinaus können kurze Kohlenstoffnanoröhren die Materialeigenschaften nicht signifikant verbessern, wenn ihnen eine gute Grenzflächenadhäsion fehlt.
Funktionalisierungsmethode von Kohlenstoffnanoröhren
Um die Grenzflächenbindung zwischen Kohlenstoffnanoröhren und Polymermatrix zu fördern, haben Wissenschaftler eine Vielzahl von Funktionalisierungsmethoden untersucht.Diese Methoden können in nichtkovalente und kovalente Strategien unterteilt werden.Die nichtkovalente Modifikation beinhaltet normalerweise die Adsorption oder Beschichtung mit Polymeren durch Van der Waals-Kraft oder π-Stapelung, während die kovalente Funktionalisierung durch die Bildung von Bindungen direkt auf der Oberfläche von Kohlenstoffnanoröhrchen erreicht wird.
Diese Modifikationsmethoden ermöglichen es Kohlenstoffnanoröhren, besser mit Polymermatrix zu interagieren und die mechanischen Eigenschaften zu verbessern.
Anwendung von Kohlenstoffnanoröhren in verschiedenen Polymeren
Unter Berücksichtigung der Eigenschaften des Polymers haben die Polymerverbundwerkstoffe aus Kohlenstoffnanoröhren unterschiedliche Implementierungsstrategien in verschiedenen Operationen.Für Thermosettingspolymere können Nanoröhren durch Lösungsbehandlung mit Harz gemischt werden.Bei der Schmelzverarbeitung kann eine übermäßig hohe Kohlenstoff -Nanoröhrchenbelastung zu einem Anstieg der Viskosität führen, was die Verarbeitung schwierig macht.
Aussichten und Herausforderungen
Obwohl Kohlenstoffnanoröhren als Verstärkungsmaterial ein großes Potenzial haben, stehen sie in kommerziellen Anwendungen immer noch mit vielen Herausforderungen.Einschließlich Problemen wie der Kontrolle der Dispersion von Kohlenstoffnanoröhren, der Verbesserung der Grenzflächenadhäsion und der Reduzierung der Produktionskosten, einer detaillierten Forschung und Exploration sind noch erforderlich.Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Technologie können in Zukunft in mehr Materialien Kohlenstoffnanoröhren angewendet werden und die aktuelle Landschaft der Materialwissenschaft vollständig verändern.
Also, wie wird dieses revolutionäre Material unser zukünftiges Leben und unsere künftige Industrie prägen?
