カーボンナノチューブ糸、人工筋肉、透明シートの先端応用

カーボンナノチューブ (CNT) は、その並外れた強度、弾性率、電気伝導性と熱伝導性、および幅広い温度範囲にわたる熱安定性で知られています。単一のナノチューブは鋼鉄の最大 100 倍の引張強度を示すことができるため、高性能材料の理想的な構成要素となります。[1]

これらの特性を利用するために、研究者は連続した純粋な CNT 糸と高 CNT 含有量の複合糸を開発しました。多層 CNT (MWCNT) 強化ポリアクリロニトリル (PAN) 繊維や CNT/セルロース竹糸のエレクトロスピニングなどの技術により、機械的、熱的、電気的性能が著しく向上した多機能製品が得られます。単層 CNT (SWCNT) ファイバーは液晶溶液から製造することもでき、優れた特性を備えた連続したきれいな CNT ファイバーを生成します。[2]

CNT 糸の製造

連続 CNT 繊維は、横型化学蒸着 (CVD) 反応器で製造できます。水蒸気緻密化ステップにより、CNT「ソックス」が収縮して厚さ 1 ～ 3 mm の緻密な糸になり、その結果、高度に多孔質 (約 99%) でありながら機械的に堅牢で導電性の糸が得られます。このプロセスにより、巻き密度を正確に制御できるため、ポリマーを浸透させて複合材料を形成したり、他の糸とブレンドして構造的および機能的にカスタマイズしたりすることが可能になります。[3]

CNT 製人工筋肉

研究者らは、CNT 糸を撚り合わせてシームレスな中空円筒にし、体積を変化させるパラフィンワックスを浸透させることで、超高速収縮が可能な人工筋肉を作成しました。電流または短い光パルスによってワックスを加熱すると、ワックスが膨張し、糸の体積が膨張し、長さが収縮して、わずか 25μs で動きが生じます。これらのアクチュエータは、同等のサイズの自然な筋肉よりも最大 200 倍重い荷重を持ち上げることができますが、現時点では生体医学への直接移植には依然として適していません。[4]

潜在的な用途は、ロボット工学、低侵襲外科用カテーテル、マイクロモーター、マイクロ流体ミキサー、調整可能な光学素子、マイクロバルブ、精密ポジショナー、さらには消費者向け玩具にまで及びます。

透明 CNT シート

バインダーを使用せずに CNT をマクロサイズの構造にスケールアップすることは、歴史的に困難でした。最近の進歩には、垂直に整列した CNT フォレストを回転させて幅広で長い透明シートを形成することが含まれます。得られた自己支持型エアロゲルは、緻密化後、電気を伝導し、マイクロ波をプラスチックに結合し、OLED、偏光広帯域放射線源、およびその他の用途のための柔軟な電極として機能する強力な薄膜を生成します。[5]

これらのブレークスルーは、構造、機能、電子領域にわたる CNT の多用途性を示しています。

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