К мембранам из нанотрубок в последнее время проявляется живейший интерес. Они напоминают бумагу (buckypaper), из которой можно, например, изготавливать электромеханические устройства, гибкие электроды и журавликов. Основным методом получения бумаги является фильтрация суспензий нанотрубок. Однако этот метод не позволяет должным образом контролировать структуру мембран и, к тому же, не отличается производительностью, а посему бумага не реализует свой потенциал, который определяется уникальными свойствами индивидуальных нанотрубок.
Уже довольно давно (по некоторым сведениям, несколько тысячелетий) люди изготавливают ткани из различных волокон, и было бы отлично использовать наработанные технологии для изготовления нанотрубочных изделий. Однако диаметр нанотрубок столь мал, что большинство текстильных процессов не могут с ними управиться.
Профессор X. Zhang из North Carolina State University (США) предложил использовать процесс гидроспутывания (hydroentangling process), который позволяет получать мембраны с контролируемой структурой и улучшенными свойствами. Эта достаточно новая методика отличается простотой, высокой скоростью, низкой стоимостью, да еще вдобавок не вредит окружающей среде, что немаловажно.
На первом рисунке приведена схема процесса, используемого в текстильной промышленности. Массив непереплетенных нанотрубок обрабатывается тонкими, но мощными струями воды, которые заставляют их перекручиваться, уплотняться и формировать волокнистый материал. В общем, методика проста и элегантна – не нужно диспергировать нанотрубки, потом удалять ПАВы и растворитель, что характерно для многих других способов.
Исследователь использовал нанотрубки диаметром 15 нм и длиной 5-20 мкм, однако в принципе можно и любые другие - и одностенные, и многостенные. Толщина конечного материала легко контролируется количеством нанотрубок на исходном субстрате. Были получены листы толщиной от 80 нм до 1.5 мм. Толстые мембраны оказались черными и очень прочными, а тонкие могут быть даже прозрачными. Как правило, на микроуровне мембраны очень гладкие, однако можно также легко создавать искусственный рельеф.
По прочностным характеристикам бумага толщиной 100 мкм в 3 раза превосходит аналогичные образцы, полученные методом фильтрации. И еще она лучше сопротивляется ползучести. А если пропитать бумагу полимером, то она станет еще прочнее и лучше.
Проводимость бумаги тоже на высоте – она на порядок превосходит фильтрованные аналоги. Таким образом, очень простым методом были получены прочные проводящие мембраны, которые могут оказаться полезными для создания дисплеев, носителей катализаторов, солнечных батарей, сенсоров и литий-ионных батарей.
Работа «Hydroentangling: A Novel Approach to High-Speed Fabrication of Carbon Nanotube Membranes» опубликована в журнале Advanced Materials.
