Теперь композиты можно просты и быстро получать из нанотрубок

Американскими учеными был сделан очередной шаг навстречу технологиям печатной электроники. Группа ученых из Йельского университета в своей последней работе описывает новую методику, которая является универсальной, для создания композитных материалов, используя одностенные углеродные нанотрубки и разнообразные функциональные полимеры. Подобные мультикомпозитные покрытия стали весьма широко использоваться в светоизлучающих органических диодах, солнечных батареях, топливных элементах, однако они все еще остаются очень дорогостоящими и трудными в получении. Все результаты проделанной работы были опубликованы в электронной версии научного журнала ACS Nano.

Мембраны топливных элементов, электроды в литий-ионных аккумуляторах, анодные детали фотоэлементов – для каждого из этих случаев проводящие материалы должны обладать разными свойствами. К примеру, для изготовления солнечных батарей подходящими являются только прозрачные материалы, обладающие отличной электронной проводимостью и морфологией поверхности, а топливные элементы требуют использования материалов, в которых весьма сбалансированно сочетается пористость, высокая ионная проводимость и электропроводность. На данный момент для этих целей весьма широко используются всевозможные мультифункциональные композиты, в числе которых и композиты одностенных углеродных полимерных нанотрубок. В таких материалах молекулы УНТ играют роль своеобразных каркасов, которые просто идеальны среди прочих из-за значительной площади поверхности нанотрубок, а также их высокой электрической и термической проводимости.

Но весьма сложно получить стабильные дисперсии УНТ в полимерных растворах. Часто межмолекулярные силы отталкивания и притяжения между молекулярными диполями, то есть взаимодействия Ван-дер-Вальса между атомами углерода нанотрубок намного сильнее их притяжения к молекулам растворителя. Результатом этого является выпадение молекул УНТ в осадок. Для того чтобы это избежать, производится модификация поверхности нанотрубок: к ним пришивают неполярные или полярные функциональные группы, которые улучшают растворимость. Но при такой модификации происходит потеря уникальных свойств УНТ. Об этом и в статусе про смерть можно написать.

Эту дилемму удается разрешить благодаря способу, предложенному группой исследователей во главе с Ли Сяокаем. В соответствии с их методикой, производится изготовление раствора нанотрубок в карбоксиметилцеллюлозе. После этого его в избытке наносят на перемещающуюся подложку, а с нее излишки раствора удаляются механическим способом при прохождении препятствия – вала в форме цилиндра, имеющего спиральную насечку. От размера насечки и самого вала существенно зависит и толщина получаемого покрытия. А карбоксиметилцеллюлоза удаляется при помощи кислотной обработки, а на подложке из стекла остается покрытие из нанотрубок. После этого на него наносится особый полимер, заполняющий собой полости покрытия из углерода.