Uhlíkové nanotrubičky – současnost, budoucnost a komerční potenciál

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

Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

16. ročník programu L’Oréal-UNESCO...

Pandemie Covid-19 ovlivnila celý svět, samozřejmě i ten vědecký. Ještě více se...

Legendární meteorit zklamal...

Psal se rok 1984, když byl v oblasti Alan Hills v Antartidě objeven...

Budoucnost zdravotní prevence:...

Žijeme v době chytrých technologií a diagnostických vychytávek, kdy...

Genové úpravy opět na scéně

Výzkumníci jsou přesvědčeni, že je biotechnologie srovnatelná s tradičními...

Svět potřebuje vědu, věda...

L’Oréal Česká republika již popatnácté ocenil tři nadané vědkyně pomocí...

Chemický koktejl v našich vodách:...

Chemie je bezesporu kouzelná věda, avšak je třeba s ní zacházet opatrně. Jenže co...

Bez plastu to ještě dlouho nepůjde

V pravidelném rytmu, s přesností na desetinu milimetru stiskne...

Uhlíkové nanotrubičky – současnost,...

Uhlíkaté materiály jsou v současné době studovány jak v oblasti základního...

Pěkný číslo vstupuje na trh

Po více jak dvouletém vývoji vstupuje na trh pod názvem Pěkný číslo unikátní...

Záměrné poškozování proteinů...

Badatelům z Univerzity Palackého v Olomouci a Masarykova onkologického...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Zkáza neposlušného velitele: K ostudné porážce Francouzů přispěly ovce

Zkáza neposlušného velitele: K...

Eugène Bonnier, velitel francouzské armády v Africe v 90. letech 19. století,...
14 genů pro obezitu

14 genů pro obezitu

Obezita je dle Světové zdravotnické organizace (WHO) považována za jednu z...
Jak chránit ohrožené medvědy na Lysé hoře? Pomohou speciální mince

Jak chránit ohrožené medvědy na...

Na krásy české horské přírody a ohrožené šelmy v ní žijící se snaží...
Základna pro invazi: Římané na britské ostrovy zaútočili od Amsterodamu

Základna pro invazi: Římané na...

Na nizozemském pobřeží nedávno badatelé našli cca 2000 let starou pevnost....
Neuralink zahájí klinické testy na lidech

Neuralink zahájí klinické testy...

Implantáty, které by podle Elona Muska, spolumajitele společnosti,...
Medvědi mění svá stanoviště

Medvědi mění svá stanoviště

Medvědi hnědí (Ursus arctos) na jaře, po probuzení z hibernace, mění...
Kolonizátoři podcenili kartografii: Fiasku Italů pomohla špatná mapa

Kolonizátoři podcenili kartografii:...

Nejslabší z evropských koloniálních mocností je na konci 19. století...
Kdy antibiotika nepomůžou?

Kdy antibiotika nepomůžou?

V zimě již klasicky vrcholí sezóna respiračních onemocnění a stoupá také...
Nelíbejte křečky!

Nelíbejte křečky!

Důrazná doporučení pro chovatele křečků coby domácích mazlíčků vydaly...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.