De geschiedenis van K-koolstofvezelproductie herschrijven met koolstofnanobuisjes

Een ruimtelift, een structuur die het aardoppervlak verbindt met een ruimtestation, zou het kostenefficiënte transport van mensen en materialen mogelijk maken. Een zeer licht maar sterk materiaal is echter essentieel om een ​​dergelijke technologie te realiseren. De koolstofnanobuis is een nieuw soort materiaal dat 100 keer sterker is dan staal, maar toch vier keer lichter, met koperachtige hoge elektrische geleidbaarheid en diamantachtige thermische geleidbaarheid. Eerdere koolstofnanobuisjes waren echter niet ideaal voor uitgebreid gebruik, vanwege het kleine contactoppervlak met aangrenzende koolstofnanobuisjes en de beperkte lengte die ze bezaten.

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Bon-Cheol Ku van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) Jeonbuk Institute of Advanced Composite Materials in Zuid-Korea kondigde aan dat het een ultrasterke en ultrahoge modulus koolstofnanobuis had ontwikkeld vezelmateriaal via een gezamenlijk onderzoeksproject met het onderzoeksteam van professor Seongwoo Ryu aan de Suwon University in Zuid-Korea en Dr. Juan José Vilatela van het IMDEA Materials Institute in Spanje. Hun onderzoek is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang.

Bestaande koolstofvezels op basis van polyacrylonitril (PAN) hebben een hoge sterkte en een lage modulus, terwijl koolstofvezels op basis van pek een lage sterkte en een hoge modulus hebben. Eerdere studies over het gelijktijdig verbeteren van de treksterkte en modulus van koolstofvezels waren alleen gericht op het toevoegen van een kleine hoeveelheid koolstofnanobuisjes. Het gezamenlijke onderzoeksteam van KIST, Suwon University en IMDEA produceerde echter vezels die volledig uit koolstofnanobuisjes bestonden zonder gebruik te maken van de conventionele koolstofvezelprecursoren, polymeer en pek.

Het team vervaardigde koolstofnanobuisvezels met hoge dichtheid en hoge uitlijning via een nat-spin fabricageproces dat geschikt is voor massaproductie en vervolgens gegloeid bij hoge temperaturen om hun structuren te kunnen omzetten in verschillende specifieke typen, waaronder grafiet. Dienovereenkomstig namen de contactoppervlakken van de koolstofnanobuisjes toe. Deze koolstofnanobuisvezels die op zo’n manier zijn geproduceerd, zullen naar verwachting verschillende toepassingen hebben, omdat ze tegelijkertijd ultrahoge sterkte (6,57 GPa) en ultrahoge modulus (629 GPa) eigenschappen vertonen, die niet konden worden bereikt met conventionele koolstofvezels. De vezels vertoonden ook een hoge knoopsterkte, wat wijst op flexibiliteit.

Dr. Bon-Cheol Ku zei: “K-koolstofvezelproductietechnologie met behulp van koolstofnanobuismaterialen is wat Zuid-Korea, een laatkomer op het gebied van koolstofvezel, in staat zal stellen de industrie te leiden. Deze belangrijke technologie zal dienen als de toekomstige groeimotor voor de lucht- en ruimtevaart- en defensie-industrie die nodig is om Zuid-Korea naar het rijk van materiaalsupermachten te stuwen.”

“We hebben de oorspronkelijke technologie voor de productie van koolstofvezels op basis van koolstofnanobuisjes met ultrahoge sterkte en ultrahoge modulus veiliggesteld, maar om massaproductie van koolstofvezels met ultrahoge prestaties mogelijk te maken, moet de massaproductie van dubbelwandige koolstofnanobuizen , een kernmateriaal, moet eerst gebeuren”, vervolgde hij, waarbij hij verklaarde dat zowel steun op nationaal niveau als belangstelling van de industrie nodig zijn om verder te komen.