Уникальные электрические, теплотехнические, механические свойства нанотрубок предоставляют возможность находить оптимальные решения для сверхсложных инженерных задач. Инновационные углеродные образования нашли применение в аэрокосмической, медицинской, электротехнической отрасли. Перспективный материал востребован в армировании композитов, значительно повышая способность противостоять различным механическим усилиям.
Потребительские качества углеродных нанотрубок контролирует комплект нормативных документов, в котором изложены методики определения основных физических характеристик. Исследования проводят для подтверждения соответствия общепринятым техническим требованиям, а также с целью изучения эксплуатационных характеристик.
Ключевые виды испытаний углеродных нанотрубок
Исследования прогрессивных наполнителей, сенсорных компонентов, супертонких элементов медицинского инструментария необходимы для контроля характеристик. Инструментально полученная информация требуется для разработки модификаций и технологических приемов повышения функциональности. Сведения необходимы для поиска новых сфер применения.
Механические свойства углеродных нанотрубок исследуют с применением средств атомносиловой микроскопии. Исследования на изгиб подтвердили, что перед безвозвратным повреждением многослойные трубы сгибаются, однослойные – разрушаются с минимальным изгибом. Приложенные для разрушения усилия варьируют в диапазоне 100-150 ГПа. Расчетные показатели модуля Юнга достигли 1-4,2 ТПа.
Измеренная прочность на сжатие углеродных нанотрубок минимум в 100 раз больше, чем у стекловолокна. Устойчивость к разрыву в 20 раз выше, чем у твердосплавных сталей, зарегистрированы параметры около 45 ГПа. При этом трубки обладают исключительной электропроводимостью, кратно превышающей показатели медных проводников. УНТ без разрушений переносит нагрев до температур плавления стальных сплавов.
Методики лабораторных испытаний, предназначенных для проверки физических параметров углеродных нанотрубок, устанавливают следующие нормативные документы:
- ГОСТ 34684-2020. Стандарт регламентирует технические требования и устанавливает правила испытаний одностенных нанотрубок и наноматериалов, содержащих ОУНТ. Регламент охватывает материалы, применяемые в производстве модификаторов, композитов, ЛКМ, катализаторов, электродов, катодов и другой продукции. Изложенные методики предназначены для определения доли компонентов, зольности, измерения геометрических данных и насыпной плотности.
- ГОСТ Р 58356-2019. Документ устанавливает правила измерения электрических характеристик материалов из ОУНТ и МУНТ. Регламентированы методики для контроля электрических параметров углеродных трубок, используемых в производстве проводниковых композиционных соединений.
- ПНСТ 63-2015. Стандарт разработан для контроля физических характеристик материалов, созданных с использованием многостенных углеродных нанотрубок. В документе изложены технические требования к материалам из МУНТ, которые используются в производстве высокопрочных резин, адсорбирующих веществ, теплопроводных паст, катализаторов, электродов, катодов, бетонов, ПКМ. Регламентированы приемо-сдаточные тесты, согласно которым измеряют наружный диаметр МУНТ, содержание неорганических примесей и воды. Определяют площадь удельной геометрической поверхности, насыпную плотность, водородный потенциал суспензии.
Экспериментальные и теоретические величины физико-механических характеристик УНТ необходимы для реализации различных научно-технических разработок и для решения прикладных проблем.
Основные технические средства для исследования углеродных нанотрубок
Для подготовки образцов, выполнения технологических процессов при тестировании УНТ потребуется:
