Международная группа ученых приблизилась к созданию бесшовных углеродных наноматериалов, обладающих превосходными термическими, электрическими и механическими свойства в трех измерениях. Результаты имеют значение для увеличения хранения энергии в аккумуляторных батареях высокой эффективности и суперконденсаторах, повышения эффективности преобразования энергии в солнечных элементах, для изготовления легких тепловых покрытий и многого другого.

Углеродные нанотрубки обладают высокой электропроводностью в одной плоскости, а двумерные графеновые листы в двух плоскостях. Но из-за плохой межслойной проводимости, эти свойства недоступны в трехмерном объеме, что требовало многоступенчатого процесса сборки углеродного материла, обладающего проводимостью в трех измерениях. Чтобы сделать новый 3-D материал более простым способом, исследователи подвергли травлению выровненные в радиальном направлении наноотверстия по длине и окружности крошечного алюминиевого провода, который использовался для химического осаждения графена.

«Радиально-ориентированные нанотрубки растут в отверстиях. Таким образом, образуются чистые углеродные узловые перекрестки, которые минимизируют тепловое и электрическое сопротивление, - сказал соавтор разработки Зон Лин Ван. - В нашем одностадийном процессе, связи углерод-углерод выполняются так, что это выглядит, как один лист графена, и это позволяет материалу иметь отличную тепло- и электропроводность во всех плоскостях».

Архитектура дает огромную площадь поверхности, добавляя плюс к транспортным свойствам, говорят исследователи. С помощью теории Брунауэра, Эммета и Теллера, они вычислили площадь поверхности этой архитектуры, которая составляет почти 527 квадратных метров на грамм материала. Тестирование показало, что новый углеродный проводник является идеальным электродом для устройств для высокоэффективного хранения энергии. Благодаря одностадийному процессу, материал может быть сделан очень длинным и с более широким или узким диаметром, а плотность нанотрубок можно варьировать, чтобы производить материалы с различными свойствами в зависимости от требований.

«Свойства могут быть использованы для еще более широкого круга приложений, в том числе чувствительных датчиков, носимой электроники, управления температурой и многофункциональных аэрокосмических систем», - заявляет ведущий исследователь Аджит Рой.

Nauka24news.ru