Como reflejo de la estructura de los compuestos que se encuentran en la naturaleza y en el mundo antiguo, los investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han sintetizado textiles de nanotubos de carbono CNT que exhiben una alta conductividad eléctrica y un nivel de resistencia que es aproximadamente cincuenta vecesmás alta que las películas de cobre, actualmente utilizadas en electrónica.
"La robustez estructural de las películas metálicas delgadas tiene una importancia significativa para el funcionamiento confiable de la piel inteligente y la electrónica flexible, incluidos los sensores de monitoreo biológico y estructural de la salud", explicó Sameh Tawfick, profesor asistente de ciencias mecánicas e ingeniería en Illinois ". Carbono alineadoLas láminas de nanotubos son adecuadas para una amplia gama de aplicaciones que abarcan desde las microescalas a las macroescalas, incluidos los sistemas microelectromecánicos MEMS, los electrodos supercondensadores, los cables eléctricos, los músculos artificiales y los compuestos multifuncionales.
"Hasta donde sabemos, este es el primer estudio que aplica los principios de la mecánica de fractura para diseñar y estudiar la resistencia de los textiles de CNT de arquitectura nano. El marco teórico de la mecánica de fractura se muestra muy robusto para una variedad de lineales y no-materiales lineales "
Los nanotubos de carbono, que han existido desde principios de los noventa, han sido aclamados como un "material maravilloso" para numerosas aplicaciones de nanotecnología, y con razón. Estas pequeñas estructuras cilíndricas hechas de láminas de grafeno envueltas tienen un diámetro de unos pocos nanómetros, aproximadamente1000 veces más delgado que un cabello humano, sin embargo, un solo nanotubo de carbono es más fuerte que el acero y las fibras de carbono, más conductor que el cobre y más ligero que el aluminio.
Sin embargo, ha resultado realmente difícil construir materiales, como telas o películas que demuestren estas propiedades en escalas de centímetros o metros. El desafío surge de la dificultad de ensamblar y tejer CNT, ya que son muy pequeños y su geometría es muydificil de controlar.
"El estudio de la energía de fractura de los textiles CNT nos llevó a diseñar estas películas extremadamente duras", declaró Yue Liang, un ex estudiante graduado del grupo de Investigación de Materiales Cinéticos y autor principal del artículo, "Textil Conductivo Nano-Architectured ToughHecho por empalme capilar de nanotubos de carbono, "apareciendo en Materiales de ingeniería avanzada . Hasta donde sabemos, este es el primer estudio de la energía de fractura de los textiles CNT.
Comenzando con el catalizador depositado en un sustrato de óxido de silicio, se sintetizaron nanotubos de carbono alineados verticalmente mediante deposición química de vapor en forma de líneas paralelas de 5 m de ancho, 10 m de longitud y 20-60 m de altura.
"El patrón de catalizador escalonado está inspirado en el motivo de diseño de ladrillo y mortero comúnmente visto en materiales naturales resistentes como el hueso, el nácar, la esponja marina de vidrio y el bambú", agregó Liang. "Buscando formas de engrapar los CNT,Nos inspiramos en el proceso de empalme desarrollado por los antiguos egipcios hace 5.000 años para fabricar textiles de lino. Intentamos varios enfoques mecánicos, incluido el microenrollado y la compresión mecánica simple para reorientar simultáneamente los nanotubos, luego, finalmente, utilizamos los motores automáticos.fuerzas capilares para engrapar las CNT juntas "
"Este trabajo combina una síntesis cuidadosa y una delicada experimentación y modelado", dijo Tawfick. "La electrónica flexible está sujeta a flexiones y estiramientos repetidos, lo que podría causar su falla mecánica. Este nuevo textil CNT, con encapsulación flexible simple en una matriz de elastómero, se pueden usar en textiles inteligentes, pieles inteligentes y una variedad de productos electrónicos flexibles. Debido a su dureza extremadamente alta, representan un material atractivo, que puede reemplazar las películas metálicas delgadas para mejorar la confiabilidad del dispositivo ".
Además de Liang y Tawfick, los coautores incluyen a David Sias y Ping Ju Chen.
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Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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