Domů     Technika
Uhlíkové nanotrubičky – současnost, budoucnost a komerční potenciál
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.

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.

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.

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

Související články
Génius Santini po sobě zanechal řadu architektonicky podivuhodných a nádherných staveb. Všechny jeho majestátní budovy, ale i drobné kapličky mají jedno společné – jsou plné mystických odkazů a tajemných symbolů…   Striktně geometrické tvary v geniálních dílech Jana Blažeje Santiniho-Aichela (1677–1723) často odkazují ke konkrétním číslům a mystice, nicméně žádná stavba není tolik plná symbolů jako […]
Tradiční Olomoucké tvarůžky slaví významné jubileum. V roce 1924 se v loštické tvarůžkárně roztočil první formovací stroj a odstartoval revoluci ve výrobě jediného původního českého sýra. Formovací stroj dokázal vyrobit neuvěřitelných 10 000 tvarůžků za hodinu a umožnil tak tvarůžkovou pochoutku dostat k mnohem většímu množství zákazníků. Historie výroby tvarůžků sahá až do 16.  století, […]
Už zítra začíná největší český Veletrh vědy, kde se během tří dní představí více než 100 expozic Akademie věd ČR, univerzit a inovačních firem. Vstup je zdarma. Některé stánky budou připomínat improvizované laboratoře, jiné doplní speciální exponáty. Vyzkoušíte si různé laboratorní pomůcky, laserové bludiště, písařskou dílnu, navštívíte tibetský slavnostní stan, můžete zkusit chemickou únikovou hru […]
Vezmete altermagnet, dáte ho pod rentgen, měníte polarizační filtr a pozorujete, jak materiál pohlcuje světlo. Zní to skoro jako pokus z běžné hodiny fyziky, jde však o průlomový experiment, jehož výsledkem je pozoruhodný objev fyziků z Masarykovy univerzity, Akademie věd ČR (AV ČR), Metropolitní univerzity v Ósace a University of Nottingham. Před půl rokem mezinárodní […]
Na počátku dvacátého století představovaly vlaky nejrychlejší dopravní prostředek na delší vzdálenosti. Dnes je v našich očích nahradila letadla. V celé řadě zemí však stále platí, že pokud člověk chce zažít jízdu rychlostí, za kterou by ho na silnici policie okamžitě poslala do vězení, stačí usednout do vysokorychlostního vlaku. Ten se i podle svého jízdního […]
reklama
Nejčtenější články
za poslední
24 hodin    3 dny    týden
reklama
Nenechte si ujít další zajímavé články
reklama
Copyright © RF-Hobby.cz