酸化グラフェンシートから強力な炭素繊維を「紡糸」することはできますか？

米国のライス大学の研究者は、張力を受けたときに繊維の他の部分と同じくらい引き離しにくい強力な炭素繊維を「紡ぐ」ための基本的な原料として、酸化グラフェンフレークの大きな断片を使用しました。軽飛行機や防弾布などにこのカーボンファイバーを使用して強度を高めることができます。研究の結果は、AdvancedMaterials誌のオンライン版で8日に公開されました。

ほとんどの繊維は引っ張ると結ばれた場所で折れる可能性がありますが、新しい炭素繊維は結び目も非常に強いため、研究者の言葉では「100％の結び目効率」を示しています。 「これを見るのは非常に奇妙です」と、レス大学の化学者であるZhanmusi・tuerは言いました。 「結び目は他の繊維と同じくらい強いです。この状況は、これまで炭素繊維やポリマー繊維では見られませんでした。」

これは、数年前にライス大学が出願した特許によるものです。環境に優しいプロセスを使用して、独自の特性を持つ酸化グラフェンタブレットを製造しています。それらの平均直径は22ミクロンで、人間の髪の毛の幅の4分の1ですが、現在炭素繊維の製造に使用されている石油ベースのアスファルト粒子と比較すると巨大です。 「アスファルト粒子のサイズはわずか2ナノメートルで、酸化グラフェンの錠剤は約10,000倍の大きさです。」ライス大学の大学院生であるXiang Changshengは、研究論文の筆頭著者であると述べています。

アスファルト粒子のように、これらのグラフェンシートは弱いファンデルワールス力によって集められます。ただし、違いは、原子の厚さのグラフェン錠剤だけが大きな表面積を持っているということです。繊維に引っ張られた後、魚の体の鱗のように互いに付着します。アイテムの長さは、結び目の強度が繊維の曲げ係数に依存することを勝ち取ります。「酸化グラフェンの曲げ係数が非常に低いため、結び目がまったく存在しないようです」。

トゥールによれば、鋼のような超軽量材料である工業用炭素繊維は、野球クラブから自転車、爆撃機まで幅広い用途で使用されていますが、その用途のためにその性能は数十年にわたってあまり改善されていません。化学的条件は限界に近づいています。新しい炭素繊維は室温で「織られ」、優れた引張強度と曲げ係数を示します。これは、高温アニーリング後に強くなる可能性があります。

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