Исследование, опубликованное в 2024 году в журнале Carbon, под заголовком «Полностью перерабатываемые волокна из углеродных нанотрубок имеют далеко идущие последствия для производства в различных секторах», проведенное исследователями из Университета Райса, проливает свет на революционный потенциал углеродных нанотрубок (УНТ). Уникальность этого открытия заключается в том, что волокна из УНТ могут быть полностью переработаны без потери их первоначальных свойств, в отличие от традиционных материалов.
Традиционные материалы, такие как металлы, полимеры и крупные углеродные волокна, страдают от серьезных ограничений в переработке. Металлы требуют энергоемких процессов переплавки, полимеры часто теряют свои свойства при переработке, а крупные углеродные волокна, как правило, не подлежат вторичной переработке. В отличие от них, волокна из УНТ демонстрируют полную рециркуляцию, сохраняя при этом механическую прочность, электрическую проводимость, теплопроводность и выравнивание.
Под руководством Маттео Паскуали, директора Центра углерода Райса и профессора химической и биомолекулярной инженерии, материаловедения и наноинженерии, а также химии, исследовательская группа разработала эффективный процесс переработки волокон из УНТ. Соавторами работы также стали Мишель Дуран-Чавес, аспирантка химического факультета, и Иван Р. Сикейра, недавний выпускник докторантуры химической и биомолекулярной инженерии, а также доцент кафедры машиностроения в Pontifícia Universidade Católica в Рио-де-Жанейро.
Процесс заключается в том, что коммерческие волокна из УНТ растворяются в хлорсульфоновой кислоте — промышленном растворителе. Затем полученная смесь может быть переработана в новые волокна, при этом происходит полное сохранение их оригинальных свойств. Важно отметить, что в процессе переработки могут быть смешаны волокна из УНТ, полученные от разных производителей, что устраняет необходимость в сортировке.
В исследовании приняли участие и другие исследователи из Университета Райса, среди них Оливер Дьюи, Стивен Уильямс, Седрик Джинестра, Йингру Сонг, Хуан Де Ла Гарса и Джефф Веймейер.
Этот метод переработки обещает не только снижение отходов в производственных процессах, но и снижение энергопотребления и выбросов углекислого газа. Учитывая универсальность волокон из УНТ, это открытие открывает двери для производства полностью перерабатываемых композитных материалов, применимых в различных отраслях промышленности.
Применение волокон из УНТ распространяется на аэрокосмическую, автомобильную и электронную промышленность. В авиастроении и производстве транспортных средств легкие и прочные материалы на основе УНТ могут привести к снижению потребления топлива и повышению эффективности. В электронике их исключительная электрическая и тепловая проводимость делают их многообещающими для создания инновационных устройств.
Устойчивость волокон из УНТ также имеет глубокие последствия для гражданской инфраструктуры, где долговечные и поддающиеся переработке материалы могут существенно снизить воздействие строительства на окружающую среду.
Благодаря этим исследованиям волокна из УНТ представляют собой не только материал будущего, но и возможность для создания замкнутой системы производства, где отходы сводятся к минимуму, а ресурсы используются ответственно.
В целом, перерабатываемость волокон из УНТ в сочетании с их превосходными механическими и электрическими свойствами делает их привлекательной альтернативой традиционным материалам. По мере того как общество все больше стремится к устойчивым решениям, УНТ могут сыграть ключевую роль в переходе к более экологичному и эффективному производству.
Развитие технологий переработки УНТ, описанное в статье, подчеркивает возможности и необходимость инноваций в материаловедении для решения экологических проблем. Потенциал полностью перерабатываемых композитных материалов, основанных на волокнах из УНТ, вызывает оптимизм и может стать решающим фактором в достижении глобальных целей устойчивого развития.
Изображение носит иллюстративный характер
Традиционные материалы, такие как металлы, полимеры и крупные углеродные волокна, страдают от серьезных ограничений в переработке. Металлы требуют энергоемких процессов переплавки, полимеры часто теряют свои свойства при переработке, а крупные углеродные волокна, как правило, не подлежат вторичной переработке. В отличие от них, волокна из УНТ демонстрируют полную рециркуляцию, сохраняя при этом механическую прочность, электрическую проводимость, теплопроводность и выравнивание.
Под руководством Маттео Паскуали, директора Центра углерода Райса и профессора химической и биомолекулярной инженерии, материаловедения и наноинженерии, а также химии, исследовательская группа разработала эффективный процесс переработки волокон из УНТ. Соавторами работы также стали Мишель Дуран-Чавес, аспирантка химического факультета, и Иван Р. Сикейра, недавний выпускник докторантуры химической и биомолекулярной инженерии, а также доцент кафедры машиностроения в Pontifícia Universidade Católica в Рио-де-Жанейро.
Процесс заключается в том, что коммерческие волокна из УНТ растворяются в хлорсульфоновой кислоте — промышленном растворителе. Затем полученная смесь может быть переработана в новые волокна, при этом происходит полное сохранение их оригинальных свойств. Важно отметить, что в процессе переработки могут быть смешаны волокна из УНТ, полученные от разных производителей, что устраняет необходимость в сортировке.
В исследовании приняли участие и другие исследователи из Университета Райса, среди них Оливер Дьюи, Стивен Уильямс, Седрик Джинестра, Йингру Сонг, Хуан Де Ла Гарса и Джефф Веймейер.
Этот метод переработки обещает не только снижение отходов в производственных процессах, но и снижение энергопотребления и выбросов углекислого газа. Учитывая универсальность волокон из УНТ, это открытие открывает двери для производства полностью перерабатываемых композитных материалов, применимых в различных отраслях промышленности.
Применение волокон из УНТ распространяется на аэрокосмическую, автомобильную и электронную промышленность. В авиастроении и производстве транспортных средств легкие и прочные материалы на основе УНТ могут привести к снижению потребления топлива и повышению эффективности. В электронике их исключительная электрическая и тепловая проводимость делают их многообещающими для создания инновационных устройств.
Устойчивость волокон из УНТ также имеет глубокие последствия для гражданской инфраструктуры, где долговечные и поддающиеся переработке материалы могут существенно снизить воздействие строительства на окружающую среду.
Благодаря этим исследованиям волокна из УНТ представляют собой не только материал будущего, но и возможность для создания замкнутой системы производства, где отходы сводятся к минимуму, а ресурсы используются ответственно.
В целом, перерабатываемость волокон из УНТ в сочетании с их превосходными механическими и электрическими свойствами делает их привлекательной альтернативой традиционным материалам. По мере того как общество все больше стремится к устойчивым решениям, УНТ могут сыграть ключевую роль в переходе к более экологичному и эффективному производству.
Развитие технологий переработки УНТ, описанное в статье, подчеркивает возможности и необходимость инноваций в материаловедении для решения экологических проблем. Потенциал полностью перерабатываемых композитных материалов, основанных на волокнах из УНТ, вызывает оптимизм и может стать решающим фактором в достижении глобальных целей устойчивого развития.
