Лаборатория наноматериалов Сколтеха совместно с Уральским федеральным университетом и Институтом машиноведения УрО РАН опубликовали результаты исследования, которые продемонстрировали возможность создания многофункциональных композитных структур с использованием однослойных углеродных нанотрубок в крайне малых количествах независимо от их качества.

Независимая от дефектов одностенных углеродных нанотрубок функциональность композитных структур вблизи порога перколяции. Источник: Defect-Independent Multifunctionality Promotion by Single-Walled Carbon Nanotubes in Hierarchical Carbon Fiber/Thermoset Nanocomposites.

Статья, посвящённая исследованию перколяционного уровня добавления одностенных углеродных нанотрубок в композиты с углеродными волокнами, была опубликована в журнале Polymer Composites. Работа является одним из первых экспериментальных исследований, изучающих дефектность однослойных углеродных нанотрубок, её связь с многофункциональностью материальной системы и демонстрирующих, как этот наноматериал позволяет смягчить требования к параметрам качества для высокопроизводительных материалов.

«Обычно параметры наноматериалов строго контролируются при производстве композитов и нанокомпозитов для обеспечения стабильных характеристик. Мы хотели определить границы, в которых возможно улучшение свойств при введении одностенных углеродных нанотрубок. Оказалось, что для усиления многофункциональных свойств достаточно их добавления на уровне перколяции (~0,005% по массе), что даёт значительные преимущества в гибкости и экономичности производственных процессов», — отметил Хассаан Ахмад Батт, научный сотрудник Лаборатории наноматериалов и один из первых авторов, внёсших равный вклад в исследование.

Старший преподаватель Дмитрий Красников, один из научных руководителей работы, отметил: «Результаты сначала нас удивили. Мы не ожидали, что развитие свойств будет независимым от дефектности одностенных углеродных нанотрубок при таких концентрациях, и что характеристики окажутся сопоставимыми с работами, где использовалось на 1-2 порядка больше углеродных нанотрубок. Эти результаты убедительно демонстрируют преимущества одностенных углеродных нанотрубок перед их многослойными аналогами и повышают привлекательность их промышленного использования».

Профессор Альберт Насибулин, руководитель Лаборатории наноматериалов Сколтеха, заявил: «Промышленное внедрение наноматериалов всегда было ключевой целью наших исследований. Благодаря сотрудничеству с партнёрами из аэрокосмической отрасли мы смогли изучить однослойные углеродные нанотрубки в промышленных материалах и приложениях. Они не только обеспечивают высокие механические характеристики, но и обладают исключительной электро- и теплопроводностью в сочетании со способностью к самодиагностике. Такой комплексный прогресс позволяет одному материалу выполнять множество функций, что помогает упрощать системы, снижать их стоимость и повышать адаптивность к самым новым требованиям».