Raziskovalna skupina Laboratorija za eksperimentalno mehaniko (LEM) Fakultete za strojništvo je skupaj v sodelovanju s skupinami Odseka za tehnologijo površin in Odseka za elektronsko keramiko Instituta Jožef Stefan (IJS) ter Oddelka za kemijsko in biološko inženirstvo Univerze Britanske Kolumbije (UBC) izvedla teoretično in eksperimentalno študijo na področju ogljikovih nanokompozitov, ki obravnava vpliv nastanka in konfiguracije omrežja iz ogljikovih nanocevk (v nadaljevanju CNT) na ojačitvene in prevodne lastnosti tovrstnih kompozitnih materialov. Rezultati raziskave so objavili v priznani reviji na področju materialnih znanosti, t.j. Composites Science and Technology (IF=9,879).
Paličasta oblika, izjemna trdnost in efektivni prenos elektronov so le nekatere izmed lastnosti, ki ogljikove nanocevke postavljajo med superiorna funkcionalna polnila v tako imenovanih nanokompozitih. Zaradi svoje paličaste oblike lahko CNT-ji vzpostavijo naključno povezano omrežje v matričnem materialu, kar bistveno spremeni fizikalne lastnosti in izboljša funkcionalnost materiala. Glede na same inherentne lastnosti CNT-jev, tako vzpostavljeno omrežje služi kot mehanska ojačitev ali pa kot prevodna pot, kar lahko uporabimo v številnih trenutnih ali prihodno-nastajajočih tehnologijah, od pametnih strukturnih elementov pa vse do fleksibilnih naprav in senzorjev na različnih področjih.
Rezultati raziskave so pokazali, da ojačitvena in prevodna funkcionalnost polimernih nanokompozitov močno zavisi ne samo od nastanka, temveč tudi od konfiguracije CNT-omrežja. Medtem ko konfiguracija omrežja nima bistvenega vpliva na mehansko ojačitev, ki je odvisna zgolj od nastanka omrežja (geometrijski preplet CNT-jev opredeljen z volumskim deležem ɸcv), pa ima močan vpliv na prevodne lastnosti tovrstnih materialov. Raziskovalci so dokazali, da naključna konfiguracija signifikantno zniža koncentracijo dodanih CNT za prehod materiala iz izolatorja v prevodnik (električni preplet CNT-jev opredeljen z volumskim deležem ɸcve) ter s tem močno izboljša električno prevodnost nanokompozitov, čeprav omrežje še ni v celoti izpostavljeno (ɸcve << ɸcv). To ključno odkritje omogoča proizvodnjo ne le močno ojačanih nanokompozitov, ampak tudi tistih z izjemno prevodnostjo in fleksibilnostjo, pri čemer je dodatek CNT-jev minimalen.
Slika: Grafični povzetek raziskave vpliva nastanka in konfiguracije CNT-omrežja na mehansko ojačitev in električno prevodnost nanokompozitov.
Povezava do članka: https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2023.110010.