硅橡胶(silicone rubber)用于许多应用领域,这种材料要保持弹性,适应的温度范围要求很大,大概是从-55°C到300°C。现在,有一种用碳纳米管制成的新材料已经被开发出来,这种材料可以保持粘弹性能,适应的温度范围内几乎增加了五倍。
科学家使用化学气相沉积法制成的碳纳米管新材料,具有弹性性质,适应的温度范围是 -196°C 到 1000°C (日本筑波先进工业科技研究所) |
日本筑波(Tsukuba)国家先进工业科技研究所(AIST)的科学家们,创造了碳纳米管材料,他们使用的是化学气相沉积法(chemical vapor deposition)。这种材料具有弹性性质,可伸缩,也具有粘弹性能,赋予它一种厚蜜状的结实度,可以慢慢伸展,然后弹回来,恢复原状。它保持这些性能,适应的温度范围是-196°C到 1000°C。
研究小组的领导是徐明(Ming Xu)博士,他们先前研究的是碳纳米管“森林”,而开发出的新材料是一个偶然的产物,实际上是扩展了这项工作。在这“森林”中,长长的纳米管向上生长,但当他们改变工序中使用的催化剂时,就发现可以使纳米管的排列更不整齐,并且能够创造一种随机网络状的互联纳米管,徐明把它比作一团丛林,藤蔓垂缠。
他们接着研究新材料的特性,发现有相似的粘弹性能,就像硅酮胶(silicone rubber)在室温下的状况,但又不像硅橡胶,因为硅橡胶在冷的时候会变脆,在高温下会毁坏,这种新的橡胶材料也可保持弹性,可适应大得多的温度范围,而且具有良好的抗疲劳性能。研究人员推测,这种热稳定性可能来自能量的消耗,因为碳纳米管在接触点会压缩和解压。
直到现在,几乎没有什么人研究碳纳米管的粘弹性能,这大概是因为它们难以制备,也是因为它们在高温下很容易氧化。徐明说,研究小组正在寻求在工业领域应用这种新材料,这样他们就可以进一步完善其性能,以适应这些应用。她说,她相信这一温度范围还可以进一步扩大,材料可制作得更有弹性、更强或更软,可以根据要求制作。
这种材料在太空应用中可以找到其用途,或做成橡胶,用于极度高温环境,但研究还处于初级阶段。这一研究结果刊登在近日的《科学》杂志上。
更多信息: Carbon Nanotubes with Temperature-Invariant Viscoelasticity from –196° to 1000°C, Ming Xu et al., Science, Vol. 330 no. 6009 pp. 1364-1368. DOI:10.1126/science.1194865
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