Domů     Technika
Uhlíkové nanotrubičky – současnost, budoucnost a komerční potenciál
Jan Zelenka
od Jan Zelenka 28.6.2021
Carbon nano-tubes on dark background

Uhlíkaté materiály jsou v současné době studovány jak v oblasti základního výzkumu tak i praktických aplikacích. Uplatnění postupně nacházejí všechny typy uhlíkatých struktur od sazí přes grafity až po grafen, či uhlíkové nanotrubičky (CNT~ carbon nanotubes)..

Uhlíkové nanotrubičky mají mimořádné vlastnosti jako je vysoký poměr podélnosti, velký specifický povrch, vysoká pevnost a tuhost, elektrická a/nebo tepelná vodivost, díky kterým slibují vysoký aplikační potenciál zejména v oblasti nanotechnologií, elektroniky a optiky.

reklama

CNT jsou spolu s grafenem popisovány jako nejsilnější, nejlehčí a nejvodivější materiál známý člověku. Přestože mají vlákna CNT více jak 5krát nižší hustotu než ocel, jsou přibližně 200krát pevnější a 5krát pružnější.

Zároveň dosahují 5násobku elektrické vodivosti, 15násobku tepelné vodivosti a 1 000násobku tepelné kapacity mědi.

Uhlíkové nanotrubičky jsou v podstatě pláty grafenu stočené do cylindrické formy, která tvoří dlouhá vlákna (1,5 – 5 µm) s malým průměrem (1,5 – 10 nm). Pro srovnání papír o plošné hmotnosti 100 g/m2 má tloušťku 100 000 nm (0,1 mm), průměr lidských vlasů je asi 40 000–80 000 nm (0,04-0,08 mm) a DNA v lidské buňce má průměr asi 2 nanometry.

Jednostěnné uhlíkové nanotrubičky (SWCNT) jsou tvořeny pouze jednou vrstvou grafenu, kdežto vícestěnné nanotrubičky (MWCNT) se skládají z několika koncentrických vrstev grafenu.

Využití CNT v polymerech

Povrch uhlíkatých nanostruktur je příliš hydrofobní pro vybrané polymerní systémy a proto mají neupravené uhlíkové nanostruktury značnou tendenci se v polymerní matrici agregovat a následně pak i sedimentovat.

reklama

Vlivem rozsáhlé agregace nanostruktur dochází k zhoršení některých rozhodujících vlastností (pevnost v tahu, lomová houževnatost, bariérový efekt atd.) v porovnání se samotným pojivovým systémem. Perkolační práh (koncentrace nezbytná ke skokovému nárůstu teplotní a elektrické vodivosti) je také silně závislý na obsahu agregátů a s kvalitou dispergace významně klesá.

Z výše zmíněných důvodů je tedy žádoucí upravit povrch uhlíkatých nanomateriálů tak, aby byl kompatibilní s vybraným cílovým polymerním systémem.

Odborníků v SYNPO se podařilo vhodně modifikovat CNT a připravit koncentráty, které lze lehce zapracovat do cílové polymerní matrice. Tyto koncentráty lze využít jak pro výrobu probarvených antistatických nátěrů, tak pro inovativní antikorozní systémy či speciální materiály tzv.  buckypapers, které mohou najít uplatnění jako ohebné vodiče, nositelná elektronika, elektrody pro baterie, jako ochrana před bleskem (letecký průmysl), tahové senzory (odpor vs.

deformace), senzory ohybu, stínění proti elektromagnetickému rušení, topné systémy, popř. jako tepelně vodivé systémy pro odvod tepla, porézní systémy pro filtrace, či nehořlavé polymerní kompozity.

Antistatické nátěrové systémy

Antistatická úprava podlahy se provádí v prostorách, kde je nutno zabránit vzniku statického elektrického náboje na povrchu podlahoviny, nebo na předmětech a lidech, kteří se v těchto prostorách nacházejí.

reklama

Antistatická podlaha je poměrně složitý vícevrstvý sendvičový systém, jehož správná funkce závisí na pečlivosti provedení. Důležité je také důkladné uzemnění svodové sítě na zemnící body. Uzemnění vodivých nebo staticky disipativních podlah je obvykle dosaženo fyzickým připevněním vodivého nebo disipativního materiálu (např. vodivý nebo disipativní epoxidový nátěr) na certifikované uzemnění pomocí rastru měděných pásků nebo zemnících vodičů. Konečné proměření vlastností se provádí za 2 týdny od položení podlahy.

Vodivý nebo disipativní podlahový nátěr může zahrnovat řadu různých pryskyřic např., epoxidy, urethany, polyaspartáty, methylmethakrylát, vinyestery. První antistatické povlaky byly pryskyřice plněné vysokými koncentracemi uhlíku nebo grafitu.

Tyto podlahy fungovaly extrémně dobře a obvykle byly instalovány v místech pro manipulaci s municí a výbušninami. Nevýhodou byl jejich černý vzhled. V průběhu let s postupujícími požadavky na aplikace antistatických povrchových úprav byla řešena potřeba barevných možností.

Tento požadavek splňovalo zavedení vícevrstvého nátěrového systému, kdy byl polovodivý vrchní nátěr aplikován na mnohem vodivější vrstvu. Stejně jako u technologie 1. generace byla základní vodivá vrstva přeplněna sazemi nebo grafitem.

Vrchní tenká vrstva byla pak probarvená.  Správně navržené a instalované povlaky 2. generace, poskytují elektrické odporové vlastnosti ve vodivém i statickém disipativním rozsahu. Tato technologie je v současné době nevíce rozšířená, nicméně má i svoje úskalí.

Rizikem může být nerovnoměrné rozložení vodivých částic v krycím nátěru nebo nekonzistentní tloušťka vrchního nátěru. U některých poruch pak může být rizikem opětovné použití vrchního nátěru na již dříve aplikovaný vrchní nátěr.

Příliš velká tloušťka pak může být riziková pro správnou funkci povrchové úpravy.

Bezkonkurenční vodivost

Tyto nedostatky odstraňuje nová aditivní technologie na bázi uhlíkových nanotrubiček, která umožňuje vyrábět plně vodivé probarvené vrchní nátěry III. generace, a to barevné i čiré.

Ve srovnání s uhlíkovými vlákny a vodivou slídou umožňují nanotrubičky získat požadovanou vodivost při mnohem nižších koncentracích. Neexistuje žádné jiné vodivé plnivo schopné dosáhnout stejné vodivosti při tak nízkých dávkách.

Minimální dávkování nanotrubiček oproti konvenčním plnivům jen málo ovlivňuje barvu antistatické podlahy. Toto aditivum umožňuje instalovat vodivou podlahu, která vyžaduje standardní betonový základní nátěr a pouze jednu vrstvu vrchního nátěru.

Největší výhodou tohoto řešení je vrchní probarvená vodivá vrstva. Vodivost je na povrchu a může poskytnout povlak s extrémně nízkými triboelektrickými vlastnostmi (triboelectric charging: nabíjení třením, přesněji dotykem dvou těles a jejich oddělením).  Tenčí vrchní nátěr poskytuje další výhodu spočívající v tom, že je méně náchylný k tvorbě puchýřů vlivem betonového substrátu s vysokou relativní vlhkostí.

V případě, že takováto podlaha vyžaduje opravu lze novou vrchní vrstvu aplikovat přímo na stávající podlahu nebo její část. Nátěry 3. generace lze po broušení nanášet přímo na staré nátěry. To u staré technologie vodivých povlaků není možné.

Neopominutelnou výhodou je však i spotřeba materiálu a realizace antistatické podlahy pouze ve dvou technologických krocích.

Kateřina Zetková, vedoucí výzkumu

reklama
Související články
Komerční 3D tisk se ve světě začal vyvíjet již od osmdesátých let dvacátého století a jeho doména je především oblast průmyslových firem. Naprostá většina následné produkce směřuje do oblasti vývoje prototypů. Současnými největšími výrobci 3D tiskáren jsou společnosti 3D Systems a Stratasys. Instalace prvních tiskáren pro trojrozměrný tisk proběhla v České republice přibližně v polovině […]
Radioaktivita neboli radiace je strašák poslední doby. Říká se, že co nezničí teplo a tlaková vlna při dopadu atomové bomby, postihne radiace. Radioaktivita tady však byla vždy, i když vědecky byla popsána až na konci 19. století. Radioaktivita je uvolňování energie z rozpadu jader určitých druhů atomů a izotopů. Od svého objevu v roce 1896 […]
Smrt zůstává ve společnosti tabuizovaným tématem, což je pravděpodobně jeden z hlavních důvodů, proč oblast pohřebnictví nedoznala za poslední století prakticky žádných změn. Dosáhnout určitého pokroku se nyní chystají zástupci českého startupu Goodbye, kteří chtějí značně zaprášené pohřebnictví obohatit o digitalizaci i další způsoby zjednodušení, jenž se dotknou nebožtíka i pozůstalých. Podle zakladatele Jiřího Štěpánka […]
Evropská komise schválila novou celoevropskou strategii kybernetické bezpečnosti, známou jako směrnice NIS 2. V platnost by měla vstoupit v roce 2024 a bude mít zásadní dopad na fungování více než 6000c českých firem a organizací. Zavádí totiž řadu pravidel pro zajištění bezpečnosti jejich kyberprostoru proti hackerským útokům. Podle expertů na kyberbezpečnost však pro naplnění takového […]
Jejich výroba započala někdy v polovině 20. století – PFAS neboli nesmrtelné chemikálie. Lidé je používají pro odpuzení vody a mastnoty z obalů potravin, rekreačního oblečení či koberců. Pro zdraví člověka jsou vysoce toxické, co ale s tím, když je přijímáme spolu s vodou a potravinami? Okem je spatřit nelze, tudíž nejsou pro člověka viditelné, […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz