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Jun 07, 2023

三つ

Scientific Reports volume 6、記事番号: 18930 (2016) この記事を引用する 5266 アクセス数 54 引用数 4 Altmetric Metrics の詳細 カーボン ナノチューブ (CNT) ベースの細胞固体の効率的なアセンブリ

Scientific Reports volume 6、記事番号: 18930 (2016) この記事を引用

5266 アクセス

54 件の引用

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

カーボンナノチューブ（CNT）ベースの細胞状固体を適切な構造で効率的に組み立てることが、巨視的な構造における個々のナノチューブの可能性を完全に実現する鍵となります。 この研究では、ランダムに相互接続された個々のカーボン ナノチューブからなる巨視的な CNT スポンジが CVD によって成長され、超弾性、高い強度重量比、疲労耐性、熱機械的安定性、および電気機械的安定性の組み合わせを示しました。 従来の細胞材料や他のナノ構造の細胞構造と比較して、このような並外れた機械的性能を深く理解するために、この CNT ベースの海綿状構造の圧縮に対する応答について、古典的な弾性理論に基づいて徹底的な研究が行われています。 隣接するナノチューブ間の強力なチューブ間結合が調べられ、圧縮下で構造が崩壊することなく、曲げや座屈などの可逆変形に重要な役割を果たしていると考えられています。 その場走査型電子顕微鏡観察とナノチューブ変形解析に基づいて、カーボンナノチューブスポンジの機械的特性と非線形電気機械結合挙動を明らかにするために、変形に至るカーボンナノチューブスポンジの構造進化（完全弾性曲げ座屈転移）を提案する。

多孔質構造、低密度、大きな比表面積、および高い減衰能力を備えた人工気泡材料は、断熱、クッション、浮力、フィルタリング、触媒担持、吸音および組織足場用途のためにますます開発されています1、2、3、4。 最もよく知られているのは、耳栓から航空機のコックピットのクラッシュパッドに至るまで、あらゆるものに使用されているポリマーフォームです。 多くの用途では、材料が弾性、耐荷重能力、疲労耐性、熱機械的安定性などの機械的安定性を備えていることが必要ですが、ポリマーフォームの安定性性能は、クリープや応力緩和などの温度と時間に依存する粘弾性挙動によって制限されます5。 、６． 過去数十年にわたり、さまざまな要求を満たすために幅広い材料が開発されてきましたが、超機械的安定性を備えたセル状固体を設計および製造することは依然として大きな課題です。 最近の研究では、エネルギー吸収、緩衝、および柔軟な電子デバイスのためのナノスケール構成要素からの巨視的な三次元 (3D) アーキテクチャの開発の可能性が強調されています 7、8、9、10、11、12、13。 それに加えて、ナノフィラー成分の多機能性は、人工細胞固体の範囲とその用途の多様性も広げるでしょう14、15、16、17。

入手可能なさまざまな次元のナノサイズの構成要素の中で、カーボン ナノチューブ (CNT) は、特定の繊維構造、驚異的な引張強さ、優れた熱安定性、低密度、導電性、特に超伝導性などの魅力的な特性により、非常に魅力的です。 -弾性18、19、20、21。 実際、CNT ベースのスポンジ状固体は、多機能性、良好な圧縮性、および実際に超軽量であることが実証されていますが、超機械的安定性は理論的な期待からはほど遠いものです。 整列した CNT アレイは、圧縮下で個々の CNT の弾性を利用することで顕著な機械的復元力を示しましたが、整列したフォレスト内で絡み合った隣接するナノチューブにより、圧縮サイクル中の応力が明らかに減少すると考えられます 7、8、22。 最近、エアロゲルやフォームなどの CNT ベースの気泡固体は、セル寸法が数十マイクロメートルのハニカム状の形態を示し、空気と同じくらい軽い超低密度を完成しました 23,24。 それにもかかわらず、厚さが数十ナノメートルのこれらの細胞壁では、圧縮下では個々のカーボンナノチューブの並外れた機械的特性を効果的に利用することができませんでした。 非弾性崩壊が発生すると、隣接するセル壁間の相互接続が弱いため、大きなひずみ変形下で機械的安定性と回復性能が低下します24。 さらに、これらの 3D アーキテクチャでは、セルの寸法がマイクロメートルスケールであるため、強度対密度の比が比較的低くなります。 したがって、適切な構造を持つ CNT ベースのセル状固体を効率的に組み立てることが、巨視的構造における個々のナノチューブの可能性を十分に発揮し、優れた機械的特性と安定性を達成するための鍵となります。 3D トラスのような階層ネットワークは、体積比弾性率と機械的安定性を最大化するのに非常に有益であることが証明されており、工学構造や材料の構造設計で広く利用されています。 我々の以前の研究では、同様のトラス状構造が化学蒸着法（CVD）によって巨視的なカーボンナノチューブモノリシックスポンジで達成されており、個々のナノチューブがランダムに相互接続されて3D骨格を形成している25、26、27、28、29、30、31。 以前の研究では、このような CNT スポンジの多機能特性が実証されていますが、その集合的な機械的挙動に対処する包括的な研究はまだ報告されていません。 この CNT ベースの構造の変形に対する機械的応答を完全に理解することで、その寿命についての洞察が得られ、ナノカーボン材料ベースの 3D アーキテクチャの構造設計にさらなる光が当てられるでしょう。