Eduscience

Eduscience

Naukowcy znaleźli nowe, nietypowe zastosowanie dla długopisu. Zamiast tuszu użyli wodnego roztworu nanorurek węglowych (CNT) oraz poli(tlenku etylenu) – PEO. Efekt? Włókno przewodzące prąd elektryczny długie na kilkadziesiąt centymetrów, które znajdzie zastosowanie w nowoczesnej elektronice.

W marcowym wydaniu czasopisma Nano Letters naukowcy z chińskiego uniwersytetu w Tsinghua oraz amerykańskiego Uniwersytetu w Stanford zaprezentowali nowy sposób tworzenia bardzo cienkich i długich włókien przewodzących prąd elektryczny. Włókna mogą mieć poniżej 1 mikrometra średnicy, natomiast ich długość to nawet kilkadziesiąt centymetrów.

Przewodzące prąd elektryczny, cienkie, długie a przede wszystkim elastyczne włókna to łakomy kąsek dla inżynierów na całym świecie. Od kilkunastu lat obserwujemy bowiem gwałtowne zainteresowanie tzw. elastyczną elektroniką, którą można np. zintegrować z odzieżą. Ponadto obserwuje się rosnące zainteresowanie giętkimi ogniwami słonecznymi oraz wyświetlaczami. Kto z nas nie chciałby mieć na plecach kurtki ogniwa słonecznego, które w czasie spaceru ładowałoby telefon komórkowy? Albo czujników w koszulce, które na bieżąco informowałyby o stanie naszego organizmu? Wszędzie tam potrzebne są bardzo cienkie i elastyczne przewody, które nie będą ulegać uszkodzeniom mechanicznym.

Metoda zaproponowana przez naukowców polega na wykorzystaniu długopisu, w którym zamiast tuszu umieszcza się zawiesinę nanorurek węglowych (CNT). Nanorurki węglowe, odkryte w 1991 roku przez naukowca japońskiego Sumio Iijimę, to nic innego jak zrolowany grafen. Scharakteryzują się unikalnymi właściwościami fizykochemicznymi, między innymi bardzo wysokim przewodnictwem elektrycznym. Naukowcy wykorzystali CNT oraz polimer poli(tlenek etylenu) do stworzenia zawiesiny nanorurek w wodzie. Taka mieszanina umieszczana jest w długopisie, którym można wytwarzać długie, przewodzące i wytrzymałe mechanicznie włókna. Proces „pisania” przedstawiony jest na rysunku 1 i polega na dotknięciu podłoża, a następnie powolnym prowadzeniu długopisu nad powierzchnią, by z końcówki długopisu „przędło się” włókno. Woda stanowiąca podstawę zawiesiny bardzo szybko odparowuje i na podłożu zostaje włókno, które ma postać ciała stałego. Nanorurki węglowe w takim włóknie układają się równolegle względem siebie, wystarczy jednak by zetknęły się ze sobą w jednym miejscu, a wzdłuż włókien może popłynąć prąd elektryczny. Prędkość tworzenia włókna może osiągnąć aż 10 cm/s, dzięki czemu sam proces można będzie zautomatyzować oraz przenieść do linii produkcyjnych wytwarzających elektronikę.

Tekst: dr inż. Tomasz Szymborski

Źródło tekstu i fotografii: Sihan Huang, Chunsong Zhao, Wei Pan, Yi Cui and Hui Wu, Nano Letters 2015, 15, 1609−1614.

Galeria zdjęć