Scientific American อธิบายว่า หากสร้างบันไดระหว่างโลกกับดวงจันทร์ วัสดุเดียวเท่านั้นที่สามารถข้ามระยะทางไกลขนาดนั้นได้โดยไม่ถูกดึงออกจากกันด้วยน้ำหนักของมันเองก็คือคาร์บอนนาโนทิวบ์
นาโนทิวบ์คาร์บอนเป็นวัสดุควอนตัมแบบมิติเดียวที่มีโครงสร้างพิเศษ โดยทั่วไปแล้ว คาร์บอนนาโนทิวบ์มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนสูงกว่าทองแดงถึง 10,000 เท่า มีความแข็งแรงดึงสูงกว่าเหล็กถึง 100 เท่า แต่มีความหนาแน่นเพียง 1/6 ของเหล็ก เป็นต้น คาร์บอนนาโนทิวบ์เป็นหนึ่งในวัสดุที่ใช้งานได้จริงและล้ำสมัยที่สุด
นาโนทิวบ์คาร์บอนเป็นท่อกลมแกนร่วมที่ประกอบด้วยชั้นอะตอมคาร์บอนหลายชั้นตั้งแต่หลายสิบชั้นเรียงตัวเป็นรูปหกเหลี่ยม รักษาระยะห่างระหว่างชั้นให้คงที่ ประมาณ 0.34 นาโนเมตร โดยทั่วไปเส้นผ่านศูนย์กลางจะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 20 นาโนเมตร
เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน (TPU)ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาต่างๆ เช่น อิเล็กทรอนิกส์ ยานยนต์ และการแพทย์ เนื่องจากมีความแข็งแรงเชิงกลสูง สามารถแปรรูปได้ดี และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพดีเยี่ยม
โดยการผสมแบบละลายทีพียูด้วยคาร์บอนแบล็ก กราฟีน หรือคาร์บอนนาโนทิวบ์ที่นำไฟฟ้า สามารถเตรียมวัสดุคอมโพสิตที่มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้
การประยุกต์ใช้วัสดุผสม TPU/คาร์บอนนาโนทิวบ์ในสาขาการบิน
ยางเครื่องบินเป็นส่วนประกอบเพียงชิ้นเดียวที่สัมผัสกับพื้นดินในระหว่างการขึ้นและลงจอด และได้รับการยกย่องให้เป็น "อัญมณีล้ำค่า" ของอุตสาหกรรมการผลิตยางมาโดยตลอด
การเพิ่มวัสดุคอมโพสิตผสม TPU/คาร์บอนนาโนทิวบ์ลงในดอกยางของยางเครื่องบินทำให้มีข้อดีหลายประการ เช่น ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ นำความร้อนสูง ทนทานต่อการสึกหรอสูง และทนต่อการฉีกขาดสูง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของยาง ซึ่งช่วยให้ประจุไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากยางในระหว่างการขึ้นและลงจอดสามารถส่งผ่านลงสู่พื้นได้อย่างทั่วถึง พร้อมลดต้นทุนการผลิตได้ง่ายขึ้น
เนื่องจากคาร์บอนนาโนทิวบ์มีขนาดในระดับนาโน แม้ว่าคาร์บอนนาโนทิวบ์จะช่วยปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ ของยางได้ก็ตาม แต่ในการประยุกต์ใช้คาร์บอนนาโนทิวบ์ยังมีความท้าทายทางเทคนิคมากมาย เช่น การกระจายตัวที่ไม่ดีและการเคลื่อนที่ไปมาระหว่างกระบวนการผสมยางอนุภาค TPU ตัวนำไฟฟ้ามีอัตราการกระจายตัวที่สม่ำเสมอมากกว่าโพลิเมอร์คาร์บอนไฟเบอร์ทั่วไป โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และการนำความร้อนของอุตสาหกรรมยาง
อนุภาคนำไฟฟ้าจากนาโนคาร์บอน TPU มีความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเยี่ยม นำความร้อนได้ดี และมีความต้านทานต่อปริมาตรต่ำเมื่อนำมาใช้กับยางรถยนต์ เมื่อใช้อนุภาคนำไฟฟ้าจากนาโนคาร์บอน TPU ในยานพาหนะปฏิบัติการพิเศษ เช่น รถบรรทุกถังน้ำมัน รถบรรทุกขนส่งสินค้าไวไฟและวัตถุระเบิด เป็นต้น การเพิ่มนาโนคาร์บอนลงในยางรถยนต์ยังช่วยแก้ปัญหาการคายประจุไฟฟ้าสถิตในรถยนต์ระดับกลางถึงระดับสูง อีกทั้งยังช่วยลดระยะเบรกบนถนนเปียกและแห้งของยางรถยนต์ ลดแรงต้านการหมุนของยาง ลดเสียงรบกวนจากยางรถยนต์ และเพิ่มประสิทธิภาพในการป้องกันไฟฟ้าสถิต
การประยุกต์ใช้งานอนุภาคตัวนำคาร์บอนนาโนทิวบ์ยางสมรรถนะสูงบนพื้นผิวได้แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม เช่น ความทนทานต่อการสึกหรอและการนำความร้อนสูง ความต้านทานการหมุนและความทนทานต่ำ ผลป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ที่ดี เป็นต้น สามารถใช้ผลิตยางสมรรถนะสูง ปลอดภัย เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และมีโอกาสทางการตลาดที่กว้างขวาง
การนำอนุภาคนาโนคาร์บอนมาผสมกับวัสดุพอลิเมอร์สามารถผลิตวัสดุคอมโพสิตชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม การนำไฟฟ้าที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อน และการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี คอมโพสิตพอลิเมอร์แบบคาร์บอนนาโนทิวบ์ถือเป็นทางเลือกแทนวัสดุอัจฉริยะแบบดั้งเดิม และจะมีการใช้งานที่หลากหลายมากขึ้นในอนาคต
เวลาโพสต์: 28 ส.ค. 2568