Kohlenstoffnanoröhren mit einer amorphen Schicht aus Titandioxid „strukturell einzufärben“ macht sie nicht nur optisch angenehmer, sondern auch schwer entflammbar. Zu diesem Ergebnis kommen Forscher der Tsinghua-Universität in Peking, China, die sagen, dass diese neuen Eigenschaften den Einsatz von Nanoröhren in tragbaren Geräten, intelligenten Textilien und funktionellen Beschichtungen erleichtern sollten.
Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) sind aufgerollte Blätter aus Kohlenstoff, die ein Atom dick sind. Dank ihrer hervorragenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften sind sie für viele Anwendungen vielversprechend, darunter ultrastarke Fasern und leitfähige Drähte. Sie haben jedoch zwei inhärente Mängel: Sie haben eine pechschwarze Farbe, was sie für einige Anwendungen ästhetisch unattraktiv macht; und sie sind brennbar, was bedeutet, dass sie nicht in Hochtemperaturumgebungen eingesetzt werden können, in denen Sauerstoff vorhanden ist.
Farbkontrolle
Forscher angeführt von Rufan Zhang of Fakultät für Chemieingenieurwesen der Tsinghua-Universität haben nun CNTs mit amorphem TiO beschichtet2 Schichten mit einer Technik namens Atomlagenabscheidung (ALD). Sie berichten, dass diese Technik sowohl für CNT-Fasern als auch für CNT-Membranen funktionierte und dass sie die Farbe durch Einstellen der Dicke der Beschichtungen steuern konnten.
Das Team stellte fest, dass der Beschichtungsprozess nicht nur die strukturelle und funktionelle Vielfalt der CNTS erhöht, sondern sie auch flammbeständig macht. Tatsächlich können die Materialien acht Stunden Brennen aushalten – im Gegensatz zu gewöhnlichen CNTs, die leicht brennen.
Chemische Stabilität
Im Vergleich zu herkömmlichen Farbstoffen und Pigmenten, die chemisch instabil sind und nicht zum Einfärben von CNTs verwendet werden können, ist das TiO2 Strukturfarben auf Beschichtungsbasis können 2000 Waschzyklen überstehen, sagt Zhang, und mehr als 10 Monate lang hochintensiver UV-Bestrahlung ausgesetzt werden.
Die Technik ist praktisch, einfach, leicht wiederholbar und einfach zu erweitern, fügt er hinzu. Es erzeugt brillante, kontrollierbare Farben wie Indigo, Gelbbraun, Blau, Lila und Grün. Wichtig ist, dass es die intrinsischen elektrischen und mechanischen Eigenschaften der CNTs nicht beeinflusst.
Kohlenstoffnanoröhren helfen weltraumgebundener Elektronik, Strahlungsschäden zu widerstehen
Das TiO2-beschichtete CNTs könnten in zahlreichen hochmodernen Anwendungen eingesetzt werden, sagt Zhang Physik-Welt. „Dazu gehören ultrastarke Fasern, tragbare Geräte, intelligente Textilien und Geräte, die in Hochtemperaturumgebungen arbeiten (wie Flugzeuge, Flugkörper und Raketen), optische Displays, kolorimetrische Sensoren, Geräte zur Fälschungssicherung, Informationsverschlüsselung, mehrfarbige passive photonische Displays , Glasfasern und Laser, um nur einige zu nennen.“
Die Forscher wollen nun die Farbpalette ihrer CNTs weiter ausbauen. „Außerdem werden wir die hervorragende Leistung der farbigen CNTs weiter untersuchen und uns mit interdisziplinären Anwendungen befassen“, sagt Zhang.
Die Arbeit ist beschrieben in Wissenschaft Fortschritte.
