ננו-צינוריות פחמן עשויות לחולל מהפכה בכל דבר, החל מסוללות ומטהרי מים ועד חלקי חילוף לרכב ומוצרי ספורט: עדכון מהמעבדה הלאומית של לורנס ליברמור

מדענים בבית הספר המעבדה הלאומית של לורנס ליברמור (LLNL) של משרד האנרגיה  מגדילים את הייצור של ננו-צינוריות פחמן עם דופן יחידה מיושרות אנכית (SWCNT). החומר המדהים הזה יכול לחולל מהפכה במוצרים מסחריים מגוונים, החל מסוללות נטענות, מוצרי ספורט וחלקי רכב ועד לגוף סירה ומסנני מים. המחקר פורסם לאחרונה בכתב העת פחמן.

רוב הייצור של ננו-צינורות פחמן (CNT) כיום הוא ארכיטקטורות CNT לא מאורגנות המשמשות בחומרים מרוכבים בתפזורת ובסרטים דקים. עם זאת, עבור שימושים רבים, ארכיטקטורות CNT מאורגנות, כמו יערות מיושרים אנכית, מספקות יתרונות קריטיים לניצול המאפיינים של CNTs בודדים במערכות מקרוסקופיות.

"נדרשת סינתזה חזקה של ננו-צינורות פחמן מיושרים אנכית בקנה מידה גדול כדי להאיץ את הפריסה של התקנים חדישים רבים ליישומים מסחריים מתפתחים", אמר המדען והסופר הראשי של LLNL פרנצ'סקו פורנסיירו. "כדי לתת מענה לצורך זה, הוכחנו שהמאפיינים המבניים של CNTs חד-דופן המיוצרים בקנה מידה פרוסות במשטר צמיחה שנשלט על ידי דיפוזיה בתפזורת של מבשר הפחמן הגזי הינם בלתי משתנים להפליא על פני מגוון רחב של תנאי תהליך."

צוות החוקרים גילה שה-SWCNTs עם אוריינטציה אנכית שמרו על איכות גבוהה מאוד כשהגדילו את ריכוז המבשר (הפחמן ההתחלתי) עד פי 30, שטח מצע הזרז מ-1 ס"מ.² עד 180 ס"מ², לחץ צמיחה מ-20 עד 790 Mbar וזרימת גז עד פי 8.

מדעני LLNL גזרו מודל קינטיקה שמראה שניתן להאיץ את קינטיקה של הגדילה על ידי שימוש בגז אמבט קל יותר כדי לסייע בדיפוזיה מבשר. בנוסף, היווצרות תוצרי לוואי, אשר הופכת חשובה יותר ויותר בלחץ צמיחה גבוה יותר, יכולה להיות מופחתת מאוד על ידי שימוש בסביבת גידול נטולת מימן. המודל גם מצביע על כך שניתן להגדיל את תפוקת הייצור פי 6 עם יעילות המרת פחמן של יותר מ-90% עם הבחירה המתאימה של מתכון הגידול של CNT ותנאי דינמיקת נוזלים.

"תחזיות המודל הללו, יחד עם המבנה השמור להפליא של יערות CNT על פני מגוון רחב של תנאי סינתזה, מצביעים על כך שמשטר גדילה מוגבל בדיפוזיה עשוי להקל על שימור ביצועי מכשירים מבוססי CNT מיושרים אנכית במהלך הגדלה," אמר. מדען LLNL והסופר הראשון Sei Jin Park.

הצוות הגיע למסקנה שהפעלה במשטר צמיחה שמתואר כמותית על ידי מודל קינטיקה פשוט של צמיחה של CNT יכולה להקל על אופטימיזציה של תהליכים ולהוביל לפריסה מהירה יותר של יישומי CNT מתקדמים בכיוון אנכי.

היישומים כוללים סוללות ליתיום-יון, קבלי-על, טיהור מים, ממשקים תרמיים, בדים נושמים וחיישנים.

התייחסות: "סינתזה של יערות SWCNT בקנה מידה רקיק עם מאפיינים מבניים בלתי משתנים להפליא במשטר קינטי נשלט בדיפוזיה בתפזורת" מאת Sei Jin Park, Kathleen Moyer-Vanderburgh, Steven F. Buchsbaum, Eric R. Meshot, Melinda L. Jue, קואנג ג'ן וו ופרנצ'סקו פורנסיירו, 29 בספטמבר 2022, פחמן.
DOI: 10.1016/j.carbon.2022.09.068

מחברים נוספים של LLNL הם קתלין מויר-ונדרבורג, סטיבן בוכסבאום, אריק משוט, מלינדה ג'ו וקואנג ג'ן וו. העבודה ממומנת על ידי המחלקה לטכנולוגיות כימיות וביולוגיות של הסוכנות להפחתת איומי ההגנה.

.wordads-ad-wrapper { display:none; גופן: רגיל 11px Arial, sans-serif; מרווח אותיות: 1px; קישוט טקסט: אין; רוחב: 100%; שוליים: 25px אוטומטי; ריפוד: 0; } .wordads-ad-title { margin-bottom: 5px; } .wordads-ad-controls { margin-top: 5px; יישור טקסט: ימינה; } .wordads-ad-controls span { cursor: pointer; } .wordads-ad { width: fit-content; שוליים: 0 אוטומטי; }

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• מקור: https://genesisnanotech.wordpress.com/2022/11/06/carbon-nanotubes-could-revolutionize-everything-from-batteries-and-water-purifiers-to-auto-parts-and-sporting-goods-update-from-lawrence-livermore-national-laboratory/