硅橡膠(silicone rubber)用于許多應用領域,這種材料要保持彈性,適應的溫度范圍要求很大,大概是從-55°C到300°C。現在,有一種用碳納米管制成的新材料已經被開發出來,這種材料可以保持粘彈性能,適應的溫度范圍內幾乎增加了五倍。
![]() 科學家使用化學氣相沉積法制成的碳納米管新材料,具有彈性性質,適應的溫度范圍是 -196°C 到 1000°C (日本筑波先進工業科技研究所) |
日本筑波(Tsukuba)國家先進工業科技研究所(AIST)的科學家們,創造了碳納米管材料,他們使用的是化學氣相沉積法(chemical vapor deposition)。這種材料具有彈性性質,可伸縮,也具有粘彈性能,賦予它一種厚蜜狀的結實度,可以慢慢伸展,然后彈回來,恢復原狀。它保持這些性能,適應的溫度范圍是-196°C到 1000°C。
研究小組的領導是徐明(Ming Xu)博士,他們先前研究的是碳納米管“森林”,而開發出的新材料是一個偶然的產物,實際上是擴展了這項工作。在這“森林”中,長長的納米管向上生長,但當他們改變工序中使用的催化劑時,就發現可以使納米管的排列更不整齊,并且能夠創造一種隨機網絡狀的互聯納米管,徐明把它比作一團叢林,藤蔓垂纏。
他們接著研究新材料的特性,發現有相似的粘彈性能,就像硅酮膠(silicone rubber)在室溫下的狀況,但又不像硅橡膠,因為硅橡膠在冷的時候會變脆,在高溫下會毀壞,這種新的橡膠材料也可保持彈性,可適應大得多的溫度范圍,而且具有良好的抗疲勞性能。研究人員推測,這種熱穩定性可能來自能量的消耗,因為碳納米管在接觸點會壓縮和解壓。
直到現在,幾乎沒有什么人研究碳納米管的粘彈性能,這大概是因為它們難以制備,也是因為它們在高溫下很容易氧化。徐明說,研究小組正在尋求在工業領域應用這種新材料,這樣他們就可以進一步完善其性能,以適應這些應用。她說,她相信這一溫度范圍還可以進一步擴大,材料可制作得更有彈性、更強或更軟,可以根據要求制作。
這種材料在太空應用中可以找到其用途,或做成橡膠,用于極度高溫環境,但研究還處于初級階段。這一研究結果刊登在近日的《科學》雜志上。
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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