Bättre konstruktionsmaterial baserade på kol
Termiska och mekaniska egenskaper för polymerer och polymera kolnanorörskompositer som behandlats och undersökts under höga tryck och temperaturer, presenterar Bounphanh Tonpheng i den avhandling han försvarar vid Umeå universitet fredag 3 juni.
Kolnanorör har enastående mekaniska, elektriska och termiska egenskaper. De är starkare än stål, leder ström bättre än koppar och är bättre värmeledare än diamant. Allt sedan upptäckten av nanorören har man försökt dra nytta av dessa egenskaper i till exempel konstruktionsmaterial, men kompositer av kolnanorör har egenskaper som är långt ifrån de hos enskilda nanorör.
Ett problem är att nanorören inte binder ihop till större strukturer eller kan binda till andra ämnen. Under högt tryck och höga temperaturer kan man bryta upp och skapa nya kemiska bindningar, vilket kan generera kompositer med intressanta egenskaper.
Bounphanh Tonpheng undersöker i sin avhandling värmeledningsförmågan och värmekapaciteten dels för rena polymerer (polyisopren, polybutadien och nylon-6) och dels polymera kolnanorörskompositer, dvs. blandningar av kolnanorör och polymerer, som behandlats under högt tryck och höga temperaturer.
– Studien av rena polymerer visar att behandling vid högt tryck och hög temperatur inducerar tvärbindningar i polyisopren och polybutadien vilket gör dem töjbara och ökar kristalliniteten i nylon-6, säger Bounphanh Tonpheng.
Ökande grad av tvärbindningar och ökad kristallinitet ger bättre värmeledningsförmåga hos polymeren. Den kan bli upp till 50 procent bättre än för det obehandlade materialet. Tvärbindningar ökar också glastransitionen, dvs. den temperatur när polymeren ändras från spröd till töjbar.
Mätningar av de termiska egenskaperna för kolnanorörkompositer visar att värmeledningsförmågan ökar betydligt. För en komposit som innehåller fem viktprocent enväggiga kolnanorör i polyisopren ökar den med 120 procent jämfört med ren polyisopren. Den kraftiga ökningen förklaras av kolnanorörens höga värmeledningsförmåga. Inblandning av flerväggiga kolnanorör förbättrar också värmeledningsförmågan men inte lika mycket som enväggiga.
Inblandning av kolnanorör höjer också glastransitionstemperaturen för polymeren, något mer vid inblandning av enväggiga kolnanorör än flerväggiga. Denna effekt märkte Bounphanh Tonpheng särskilt vid höga tryck och för polybutadien med högst molekylvikt, vilket kan bero på att kombinationen gav de mest fördelaktiga förhållandena för beläggning av kolnanorören.
Mekaniska studier av de tryck- och temperaturbehandlade polymererna och kompositerna visar att kolnanorör ökar draghållfastheten och elasticitetsmodulen (Youngs modul).
– Detta indikerar att behandlingarna förbättrar den svaga kraftöverföringen mellan kolnanorören och polymeren, vilket är ett av hindren för att åstadkomma starkare kolnanorörskompositer, säger Bounphanh Tonpheng.
Fredagen den 3 juni försvarar Bounphan Tonpheng, Institutionen för fysik, Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Thermal and mechanical studies of carbon nanotubes-polymer composites synthesized at high pressure and high temperature. Svensk titel: Termiska och mekaniska studier av kolnanorör-polymerkompositer syntetiserade vid högt tryck och hög temperatur.
Disputationen äger rum kl. 10:15 i sal N300 i Naturvetarhuset. Fakultetsopponent är Prof. Dr hab. Sylwester J. Rzoska, Institute of High Pressure Physics, Polish Academy of Sciences, Warsaw; Poland
Läs hela eller delar av avhandlingen på:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:umu:diva-43477 [Ref 1]
Kontaktinformation
För ytterligare information, kontakta gärna:
Bounphanh Tonpheng,Tel: 090-786 67 40
E-post: bounphanh.tonpheng@physics.umu.se
