STRUKTURE NANO-MREŽ V POLIETILENSKIH KOMPOZITIH Z ENO-STENSKIMI OGLJIKOVIMI NANO-CEVKAMI IN NJIHOV VPLIV NA REOLOŠKE, TERMIČNE IN MEHANSKE LASTNOSTI

datum: 08.06.2020

kategorija: Sporočila za javnost

 

Ogljikove nano-cevke so ena od temeljnih geometrijskih konfiguracij ogljika. To so cevnate ali paličaste strukture, ki zaradi superiornih ojačitvenih in elektro prevodnih lastnosti predstavljajo idealno večnamensko polnilo v polimernih materialih. Še več, njihova anizotropna narava omogoča vzpostavitev naključnega omrežja z zgoraj navedenimi zmožnostmi, ki jih lahko izrabimo v številnih trenutnih tehnologijah, od multifunkcijskih strukturnih elementov do fleksibilnih elektronskih naprav, senzorjev, itd. V sklopu raziskave smo z naprednimi metodami plazemskega jedkanja in elektronske mikroskopije proučevali temeljne mehanizme vzpostavitve omrežja nano-cevk v delno-kristaliničnih polimerih ter njegov makroskopski vpliv, ki je bil obravnavan preko fizikalnih lastnosti (reološke, termične, mehanske). Izkazalo se je, da omrežje tvorijo snopi iz eno-stenskih ogljikovih nano-cevk, ki so posledica medsebojnega privlaka (van der Waalsovih privlačnih sil) in jih ne moremo razdreti ali erodirati s konvencionalnimi pristopi procesiranja, ne da bi pri tem poškodovali (degradirali) polnilo ali matrični material. Glede na rezultate, se omrežje vzpostavi pri kritični koncentraciji, t.j. φcrit ≈ 0.3 ut.%. Pod kritično koncentracijo (v razredčenem režimu), te entitete prosto rotirajo okoli težišča ter v večini delujejo samo na matrični material. Nad kritično koncentracijo (v pol-razredčenem režimu) pa snopi vzpostavijo naključno povezano omrežje. V tem območju je gibanje tovrstnih delcev močno okrnjeno s sosednjimi entitetami. Vzpostavljena super-struktura, ki sega od nano- do makro-nivoja izkazuje interakcije dolgega dosega ter fundamentalno spremeni vedenje in končne lastnosti nano-kompozita. Poleg naključnega omrežja snopi tvorijo tudi “urejene” nano-mrežne strukture v polimernem materialu, ki so posledica dveh mehanizmov: i.) urejanja snopov v smeri toka taline, ki tvorijo hrbtenico omrežja ter ii.) kristalizacije v obliki “šiš-kebabov”, ki tvori njen raster. Čeprav vzpostavljena super-struktura, ki sega od nano- do makro-nivoja močno izboljša ojačitvene lastnosti kompozita, hkrati tudi zmanjšuje njen ojačitveni potencial, saj omeji oziroma upočasni (topološko/geometrijsko ovira) nadaljnjo rast kristalov v nano-kompozitih.

LIDIJA

Rezultati raziskav so plod uspešnega sodelovanja ekip iz vodilnih slovenskih inštitucij na tem področju: Fakultete za strojništvo, Fakultete za tehnologijo polimerov, Inštituta Jožef Stefan in Kemijskega inštituta in so obljavljeni v prestižni reviji Composites Part A: Applied science and manufacturing (IF 6.282).

nazaj na seznam