Snelle en eenvoudige monitoring van de levenscyclus in één stap met enkelwandige koolstofnanotubes

Een onderzoeksteam heeft een werk gepubliceerd waarin een andere praktische en schaalbare toepassing van enkelwandige koolstofnanobuizen wordt beschreven.

De studie verschijnt in de Koolstof tijdschrift. Het team bestaat uit onderzoekers van Skoltech (Skoltech Photonics’ Laboratory of Nanomaterials en Skoltech Materials), samen met partners van Jiangsu University en Belarussian State University.

“Het werk past bij de strategie van ons laboratorium om nanomaterialen op te schalen voor industriële toepassingen. Met enkelwandige koolstofnanotubes die als sensoren worden gebruikt, kunnen we helpen bij het detecteren en manipuleren van polymeerproductievariabelen indien nodig, en begrijpen we hoe het materiaal zich gedraagt ​​wanneer het in de praktijk wordt toegepast”, zegt professor Albert Nasibulin, hoofd van het Laboratory of Nanomaterials bij Skoltech Photonics.

“Hier, in een van de meest invloedrijke koolstofnanobuislaboratoria in Rusland en het enige binnen Skoltech dat werkt aan de synthese en toepassing van koolstofnanobuisjes, is onze motivatie om dergelijke technologieën op de markt te brengen zeer groot.”

Het onderzoek toont een eenvoudig, maar moeilijk te realiseren concept: het gebruik van een enkele sensorbewakingstechniek, waarmee de eigenschappen van een polymeer gedurende de gehele levenscyclus, van productie tot toepassing, kunnen worden gedetecteerd.

Hoewel het concept eenvoudig is, is het integreren van dergelijke passieve sensoren lastig zonder de eigenschappen van de hostmaterialen te laten verslechteren, of zonder de gevoeligheid voor verschillende levenscyclusfasen op te offeren. Hier slaagden de auteurs erin om beide te omzeilen, terwijl ze unieke werkingsmechanismen identificeerden die ten grondslag liggen aan sensorprestaties.

“We hebben in dit werk echt de flexibiliteit van onze enkelwandige koolstofnanotubes kunnen laten zien. We kunnen ze integreren tijdens de productie van grote polymeeronderdelen en ze veroorzaken ook geen verlies aan materiaaleigenschappen”, zegt Hassaan Ahmad Butt, een co-auteur en een onderzoeker van het Laboratory of Nanomaterials bij Skoltech Photonics.

“We hebben geoptimaliseerde parameters voor hun werking geïdentificeerd en door iets simpels als de dikte te veranderen, kunnen we hun gevoeligheid en toepassingen nauwkeurig afstemmen. Ze kunnen op of in polymeren worden aangebracht, wat betekent dat reeds geproduceerde profielen kunnen worden bewaakt door de sensoren eenvoudigweg op het materiaaloppervlak te plaatsen.”

De studie werd uitgevoerd in samenwerking met wetenschappers uit China en Wit-Rusland. “Dit gezamenlijke werk werd tot leven gebracht als onderdeel van de langdurige en zeer productieve samenwerking met onze internationale partners. We hopen de samenwerking voort te zetten en bilaterale banden te ontwikkelen, waardoor we een synergetisch effect kunnen bereiken in ons onderzoeksgebied,” zei Dmitry Krasnikov, een medeauteur van de studie, een assistent-professor bij Skoltech Photonics.

Het Laboratory of Nanomaterials is momenteel bezig met een breed scala aan projecten voor de nanomaterialen die ze produceren. Multifunctionele coatings en polymeren, mechanisch verbeterde nanocomposieten en ultragevoelige sensoren zijn slechts enkele van de gebieden waarop het onderzoeksteam samenwerkt met de industrie om hun innovatieve materiaaloplossingen te bevorderen.