Как известно, углеродные нанотрубки (УНТ) обладают уникальными механическими характеристиками, что проявляется в рекордном значении модуля Юнга индивидуальных УНТ, достигающем терапаскалей. Однако практическая реализация столь высоких прочностных свойств возможна лишь в результате перехода от образцов индивидуальных УНТ к макроскопическим объектам на их основе. Первые шаги на пути к решению этой проблемы предпринимаются сотрудниками химического факультета Техасского университета в Далласе (США) [1], которые разработали процедуру получения пряжи и тканей на основе УНТ. В качестве исходного материала для получения пряжи используется плотный массив многослойных нанотрубок высотой около 200 мкм, полученный в результате термокаталитического разложения ацетилена при температуре около 1000 К над кремниевой подложкой, покрытой наночастицами железа, которые используются в качестве катализатора. Для превращения такого массива в пряжу применяется стандартная процедура скручивания, которая лежит в основе классического текстильного производства. Эта процедура иллюстрируется микрофотографиями, представленными на рис. 1.
Максимально наблюдаемая жесткость УНТ пряжи, определяемая как удельная энергия, затрачиваемая на ее разрыв, составляет 27 Дж/г для пряжи, полученной из массива УНТ высотой 550 мм, что сопоставимо с соответствующим значением (33Дж/г) для углеродных волокон. Однако, в отличие от углеродных волокон, УНТ пряжа не испытывает катастрофической потери прочности при механическом, химическом, радиационном или тепловом воздействии.
Ткань на основе УНТ получают из массива УНТ посредством вытягивания без использования процедуры скручивания. Прочное полотно получается при скорости вытягивания до 30 м/мин, что сравнимо со скоростью получения шерстяных нитей (20 м/мин.). Опыт показывает, что из массива УНТ высотой 245 мкм получается полотно длиной около 3 м. В результате уплотнения толщина полотна уменьшается до 50 нм при удельной плотности 30 мг/м
2. Измерения показывают, что удельная прочность такого полотна 120-140 МПа/(г/см
3), удельное сопротивление - около 500 Ом/см
2, а работа выхода электрона равна 5,2 эВ.
Сочетание высоких механических качеств с электропроводностью и прозрачностью открывает значительные перспективы использования пряжи и тканей на основе УНТ в качестве материала для искусственных мускулов, в качестве прозрачных электродов, в качестве нагреваемых покрытий для оконных стекол и т. п.
А.В.Елецкий
1. K.R.Atkinson et al. Physica B 394, 339 (2007).
