В МФТИ приложили ультразвуковую линейку к материалу будущего

В МФТИ приложили ультразвуковую линейку к материалу будущего

3994

Фото: © МФТИ

Новый метод измерения нанотрубок, разработанный в России, упростит их широкое промышленное внедрение.

В МФТИ разработали метод определения диаметра и длины углеродных нанотрубок. Он заключается в том, что через раствор с нанотрубками пропускают ультразвук и измеряют его затухание по мере прохождения через жидкость. Новый метод может сыграть большую роль в промышленном производстве материалов, содержащих нанотрубки и потенциально предполагающих высокую прочность и высокую жёсткость. Соответствующая статья опубликована в Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects.

В МФТИ создали новый быстрый и эффективный метод контроля параметров нанотрубок. Он упростит промышленное внедрение материалов на их основе

Исследователи усовершенствовали метод ультразвуковой спектроскопии, позволив применять его на цилиндрических объектах (ранее он подходил только для сферических). Исходно метод основан на затухании волн на взвешенных в жидкости частицах благодаря вязкоупругому рассеиванию первых. Коэффициент затухания волн зависит как от размера частиц, так и от частоты ультразвуковой волны. Изменяя частоту волны, получают спектр затухания, то есть зависимость коэффициента затухания от меняющейся частоты. Такой спектр раньше не применяли к цилиндрическим частицам, ведь их длина отличается от диаметра, а во взвеси не всегда можно сказать, какой именно стороной нанотрубка развёрнута к источнику ультразвуковых волн.

Авторы работы предложили измерять спектры затухания ультразвука для двух состояний коллоида с нанотрубками. В первом состоянии трубки были ориентированы во взвеси хаотично. Во втором они все были ориентированы в одну сторону и перпендикулярны источнику ультразвуковых волн. В последнем случае затухание ультразвука зависит только от диаметра цилиндрических объектов. Сравнивая два спектра для разных ориентаций нанотрубок, можно получить соотношение их длины и диаметра. Поскольку диаметр трубки при производстве более жёстко контролируется, чем её длина, измеряющая система знает его, а имея его соотношение с длиной, легко вычисляет и её.

<p>Фото: © МФТИ</p>

Чтобы добиться второго состояния, когда наноцилиндры ориентированы в одну сторону, исследователи заставили водную взвесь с ними двигаться ускоренно. Для этого её пропустили через сужающийся канал. Чтобы проверить надёжность метода, размеры нанообъектов затем повторно измерили с помощью просвечивающего электронного и атомно-силового микроскопов. В промышленном производстве такая проверка вышла бы слишком долгой и дорогой. Однако в лаборатории она позволила подтвердить, что новый ультразвуковой экспресс-метод не только быстр и дёшев, но и весьма точен.

Углеродные нанотрубки считаются крайне перспективным материалом. Обогащённые ими композиты прочнее, гибче и жёстче аналогов. Добавление нанотрубок в анод литийионного аккумулятора значительно повышает его энергоёмкость.

Введение трубок в композиты часто осуществляется именно с помощью коллоидных растворов. Чтобы такое введение было эффективным, надо, чтобы нанообъекты распределялись в объёме растворителя однородно, не слипаясь в комки, иначе получаемые наноматериалы выйдут некачественными. Поэтому в промышленной технологии важно контролировать и быстро измерять длину и диаметр цилиндрических нанообъектов, а также степень их слипания в жидкости. Ультразвуковой метод предлагает наиболее оптимальный из известных на сегодня способ решения этой проблемы.

  • Популярные
  • По времени
Похоже, что вы используете блокировщик рекламы :(
Чтобы пользоваться всеми функциями сайта, добавьте нас в исключения!
как отключить
×