Nanotubi di carbonio (CNT) in polveresono stati a lungo salutati come uno dei materiali strutturali più forti in teoria, con i singoli nanotubi che mostrano punti di forza che raggiungono il livello di centinaia di GPA e moduli nella gamma TPA. Tuttavia, raggiungere questa notevole prestazione nei materiali macroscopici ha sempre affrontato la sfida del "paradosso delle dimensioni". Le fibre o i componenti strutturali di nanotubi di carbonio su scala macroscopica sono spesso all'altezza della resistenza teorica dei singoli CNT a causa di fattori come lunghezza insufficiente, allineamento irregolare, difetti strutturali e connessioni inter-tubi deboli basate su forze di taglio. Nonostante le varie strategie che tentano di migliorare le connessioni attraverso le riparazioni covalenti di legame o la saldatura del fascio di energia, questi approcci hanno riscontrato colli di bottiglia ingegneristici come danni strutturali, costi elevati o complessità.
Di recente, il team del professor Fei Wei dell'Università di Tsinghua ha introdotto e verificato sperimentalmente un metodo di saldatura di Van der Waals basato per la prima volta su nanoparticelle TiO₂, ottenendo per la prima volta la saldatura cNT macroscopica quasi priva di danni a pressione e temperatura ambiente. La resistenza articolare si avvicina al limite teorico dei singoli CNT, segnando un'altra pietra miliare cruciale nella transizione dei nanomateriali di carbonio "dal laboratorio all'ingegneria".
Questa tecnologia si basa sul processo di autoassemblaggio della deposizione di vapore chimico veloce (FCVDS), consentendo una deposizione precisa di particelle di tio₂ di dimensioni nano-dimensioni nella regione di sovrapposizione dei fasci CNT in pochi secondi, agendo come "saldatore nano". A differenza dei tradizionali metodi di saldatura che si basano sulla diffusione atomica o sulla ristrutturazione covalente ad alta temperatura, questo approccio utilizza esclusivamente forze di van der Waals e attrito interfacciale per la connessione, evitando così il danno strutturale alle pareti del tubo causato dall'irradiazione del raggio ad alta energia o dalla generazione dello stato di eccitazione.
La tecnica di saldatura di Van der Waals apre nuove possibilità per la produzione scalabile di materiali macroscopici di nanotubi di carbonio macroscopici, con potenziali applicazioni che vanno da aerospaziale e automobilismo a attrezzature sportive e dispositivi biomedici. Colmando il divario tra la resistenza teorica e le pratiche prestazioni macroscopiche, questo rilievo apre la strada per sbloccare il pieno potenziale dei nanotubi di carbonio in vari settori.
In conclusione, lo sviluppo della saldatura di van der Waals per nanotubi di carbonio rappresenta un progresso significativo verso l'impostazione delle eccezionali proprietà meccaniche dei CNT su scala macroscopica. Con ulteriore perfezionamento e ottimizzazione, questo metodo innovativo di saldatura ha il potenziale per rivoluzionare la produzione di materiali ad alte prestazioni, guidando i progressi nei campi che richiedono componenti strutturali leggeri, durevoli e forti. Mentre i ricercatori continuano a spingere i confini della nanotecnologia, il futuro sembra promettente per l'adozione diffusa di nanotubi di carbonio nelle applicazioni industriali.
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