カーボンナノチューブ（CNT）粉末理論上、最も強力な構造材料の1つとして長い間歓迎されており、個々のナノチューブは、TPA範囲の数百のGPAとモジュリのレベルに達する強度を示しています。しかし、巨視的な材料でこの驚くべきパフォーマンスを達成することは、常に「サイズのパラドックス」の課題に直面しています。巨視的規模のカーボンナノチューブ繊維または構造成分は、長さが不十分で、アライメント不足、不均一なアライメント、構造的欠陥、せん断力に基づく弱いチューブ間接続などの要因により、個々のCNTの理論的強度に不足していることがよくあります。共有結合修理またはエネルギービーム溶接を通じて接続を強化しようとするさまざまな戦略にもかかわらず、これらのアプローチは、構造的損傷、高コスト、複雑さなどのエンジニアリングボトルネックに遭遇しました。
最近、Tsinghua UniversityのFei Wei教授のチームは、Tio₂ナノ粒子に基づいてファンデルワールス溶接方法を導入し、実験的に検証し、周囲圧と温度で初めて損傷のない巨視的なCNT溶接を達成しました。関節強度は、個々のCNTの理論的限界に近づき、「実験室から工学へ」の炭素ナノ材料の移行における別の重要なマイルストーンをマークします。
この技術は、高速化学蒸気堆積自己組織化（FCVDS）プロセスに基づいており、数秒以内のCNTバンドルのオーバーラップ領域にナノサイズのTio₂粒子を正確に堆積させ、「Nano-Solder」として機能します。原子拡散または高温共有再編に依存する従来の溶接方法とは異なり、このアプローチは、ファンデルワールス力と接続のために界面摩擦のみを利用しているため、高エネルギービーム照射または励起状態の世代によって引き起こされるチューブ壁の構造的損傷を回避します。
Van der Waals溶接技術は、航空宇宙や自動車からスポーツ用品や生物医学デバイスに至るまで、高強度の巨視的なカーボンナノチューブ材料のスケーラブルな生産の新しい可能性を開きます。理論的強度と実用的な巨視的性能の間のギャップを埋めることにより、このブレークスルーは、さまざまな産業のカーボンナノチューブの最大の潜在能力を解き放つ方法を開きます。
結論として、カーボンナノチューブのファンデルワールス溶接の開発は、巨視的なスケールでのCNTの例外的な機械的特性を活用するための重要な進歩を表しています。さらなる改良と最適化により、この革新的な溶接方法は、高性能材料の製造に革命をもたらす可能性があり、軽量で耐久性のある強力な構造成分を必要とする分野の進歩を促進します。研究者がナノテクノロジーの境界を押し広げ続けているため、産業用途での炭素ナノチューブの広範な採用には未来が有望に見えます。
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