Die Herstellung mechanischer Komponenten im Nanobereich war in den letzten Jahren ein aufstrebendes Gebiet, insbesondere da Roboter kleiner werden und der Bedarf an komplexeren Geräten zu steigen scheint. Ingenieure am Massachusetts Institute of Technology MIT haben ein völlig neues Verfahren entwickelt, um neue Nanodrähte für diese unglaublich kleinen Projekte herzustellen.
Diese Nanodrähte sind nur wenige Milliardstel Meter breit und können laut dem von dem Professor für Chemieingenieurwesen Gregory Rutledge geleiteten Forschungsteam mit relativ geringen Kosten hergestellt werden. Rutledge arbeitete mit dem Postdoktoranden Jay Park zusammen.
Was dieses spezielle Projekt so interessant macht, ist, dass es im Gegensatz zu den meisten anderen Nanoprojekten kaum oder gar keinen Kompromiss gab. Wenn Forscher traditionell ein Merkmal einer Nanotechnologie verbessern entweder die Festigkeit oder die Haltbarkeit, nimmt ein anderes Element ab.
"Stärke und Zähigkeit sind ein Paar wie dieses: Wenn Sie hohe Festigkeit erreichen, verlieren Sie normalerweise etwas an Zähigkeit." sagte er in einer Presseerklärung . "Das Material wird spröder und verfügt daher nicht über den Mechanismus zur Energieabsorption und neigt zum Brechen."
Hier kam das neue Verfahren des Gel-Elektrospinnens ins Spiel. Das Team kombinierte eine Vielzahl von Gel-Spinnen und fügte Elektrizität hinzu. Dadurch wurden die Polyethylenfasern in Dinge umgewandelt, die stärker als Kevlar sind.
"Wir begannen mit der Mission, Fasern in einem anderen Größenbereich herzustellen, nämlich unter 1 Mikron [Millionstel Meter], weil diese selbst eine Vielzahl interessanter Merkmale aufweisen", sagt Rutledge. "Und wir 'Wir haben uns viele Jahre lang mit solchen ultrafeinen Fasern befasst, die manchmal als Nanofasern bezeichnet werden. Aber es gab nichts in dem, was man als Hochleistungsfasersortiment bezeichnen würde. "
Diese neuen Fasern haben eine ähnliche Festigkeit wie Kohlefasern oder herkömmliche Keramikfasern in Verbundwerkstoffen. Sie sind jedoch erheblich zäher und haben eine geringere Dichte. Daher können sie laut Rutledge bei einem breiten Anwendungsbereich eingesetzt werden.
Der Haken an diesem Projekt? Die Forscher wissen nicht genau, was mit dem Gel-Elektrospinnverfahren diese hohe Leistung verursacht.
"Es scheint etwas zu sein, das wir als Geschenk erhalten haben, mit der Verringerung der Fasergröße, die wir nicht erwartet hatten", sagte Rutledge. Die elektrogesponnenen Fasern kombinieren die genauen Niveaus von Festigkeit, Steifheit und Zähigkeit auf eine Weise, die dies kannleicht auf eine Vielzahl von Projekttypen anzuwenden.
"Auf diesem Gebiet ist seit vielen Jahren nicht mehr viel Neues passiert, weil sie in diesem mechanischen Raum sehr leistungsfähige Fasern haben", sagt Rutledge. Aber dieses neue Material, sagt er, übertrifft alle anderen."Was diese wirklich auszeichnet, ist das, was wir als spezifischen Modul und spezifische Stärke bezeichnen, was bedeutet, dass sie pro Gewicht fast alles übertreffen."
Letztendlich hoffen Rutledge und sein Team, mehr darüber zu forschen, was genau mit dem neuen Verfahren die Nanodrähte so langlebig macht. Sie möchten auch herausfinden, wie die Verkabelung verwendet werden kann, um bestimmte Materialien stärker zu machen, ohne so sperrig zu sein. Wie Rutledge sagte"Sie haben möglicherweise Anwendungen, über die wir noch nicht nachgedacht haben, weil wir gerade erst erfahren haben, dass sie diese Zähigkeit aufweisen."
Das vollständige Papier finden Sie in der Februar-Ausgabe des Journal of Materials Science .
Via : MIT