科学者は3Dプリント技術を用いて、ナノセルロースとカーボンナノチューブを使用した高強度導電性繊維を合成した。

科学者は3Dプリント技術を用いて、ナノセルロースとカーボンナノチューブを使用した高強度導電性繊維を合成した。

(a) 3Dプリントされたプログラム可能なCNF-NFC 3層導電回路。(b) 回路構造の断面のSEM画像。(cd) 良好な層間接着を示すSEM画像
ナノセルロース (NFC) とカーボンナノチューブ (CNT、バッキーチューブとも呼ばれる) はどちらも非常に有望な新素材です。前者は強度と軽量性に優れ、将来的には金属やプラスチックに取って代わると期待されており、後者は優れた機械的、電気的、化学的特性を備えています。では、この 2 つを組み合わせると、さらに驚くべき結果が得られるのでしょうか?この点に関して、メリーランド大学(UMD)は前向きな回答を示しました。3Dプリント技術の助けを借りて、NFCとCNTを組み合わせて新しいマイクロファイバー素材を作りました。この素材は強度と導電性に優れており、エネルギー貯蔵、熱管理、ウェアラブル電子機器への応用が期待されています。

Antarctic Bearによると、この新しいNFC-CNT素材は、高速でスケーラブルな3Dプリント方式で作られており、機械的強度と導電性が高いため、コンデンサやバッテリーの製造に使用すれば、性能を大幅に向上させ、コストを削減できるという。



「カーボンナノチューブ表面の共有結合修飾と有機界面活性剤は、水溶液中にCNTを分散させるための従来の方法ですが、どちらもCNTの機械的強度と導電性を低下させます」とエネルギー研究センターのLiangbing Hu助教授は述べています。「そこで、最終的な複合繊維の分散剤と強化剤として、代わりにNFC粒子を使用しました。」

Small Methods誌に掲載された論文(閲覧または購入するにはここをクリック)で、UMDチームはこの新素材の合成プロセスを詳細に説明しました。酸化NFCを使用して、CNTを水溶液に分散させることに成功し、明らかなずり減粘特性を持つ混合溶液が得られました。その中で、NFCとCNTの繊維が非常に均一に配置されているため、それらの間の相互作用と浸透が向上し、高い機械的強度(247±5MPa)と高い電気伝導性(216.7±10 S cm-1)の融合が実現されています。



チームが水とアルコールの溶媒交換に基づく 3D プリントを通じて 1 次元の繊維構造を実現したことは特筆に値します。 NFC を分散させた CNT 溶液を凝固アルコール浴に押し込み、溶媒交換によって安定したゲル繊維を得て、最後に取り出して室温で乾燥させました。乾燥プロセス中のせん断力と張力の作用により、構成材料の「レンガ」が繊維の長さに沿って自動的に整列し、最終的に高度に整列した極細繊維が形成されます。

さらに読む:
カーボンファイバーは大きな課題に直面しています!ナノセルロースが3Dプリントの分野に参入
カーボンナノチューブ溶接法:FDM 3D プリント部品の強度を約 3 倍に高めることができます。 》

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