Het “structureel kleuren” van koolstofnanobuisjes met een amorfe laag titaniumdioxide maakt ze niet alleen prettiger voor het oog, maar maakt ze ook vlambestendig. Dit is de bevinding van onderzoekers van de Tsinghua Universiteit in Beijing, China, die zeggen dat deze nieuwe eigenschappen het gemakkelijker moeten maken om nanobuisjes te gebruiken in draagbare apparaten, slim textiel en functionele coatings.

Koolstofnanobuisjes (CNT's) zijn opgerolde platen koolstof van één atoom dik. Dankzij hun uitstekende elektrische en mechanische eigenschappen zijn ze veelbelovend voor vele toepassingen, waaronder ultrasterke vezels en geleidende draden. Ze hebben echter twee inherente tekortkomingen: ze zijn gitzwart van kleur, wat ze voor sommige toepassingen esthetisch onaantrekkelijk maakt; en ze zijn ontvlambaar, wat betekent dat ze niet kunnen worden gebruikt in omgevingen met hoge temperaturen waar zuurstof aanwezig is.

Kleurcontrole

Onderzoekers geleid door Rufan Zhang of Afdeling Chemische Technologie van de Tsinghua Universiteit hebben nu CNT's gecoat met amorf TiO₂ lagen met behulp van een techniek genaamd atomic layer deposition (ALD). Ze melden dat deze techniek werkte voor zowel CNT-vezels als CNT-membranen en dat ze de kleur konden regelen door de dikte van de coatings aan te passen.

Het team ontdekte dat het coatingproces niet alleen de structurele en functionele diversiteit van de CNTS vergroot, maar ze ook bestand maakt tegen vlammen. De materialen kunnen zelfs acht uur branden weerstaan ​​– in tegenstelling tot gewone CNT’s, die gemakkelijk branden.

Chemisch stabiel

Vergeleken met conventionele kleurstoffen en pigmenten, die chemisch instabiel zijn en niet kunnen worden gebruikt voor het kleuren van CNT's, is de TiO₂ Op coating gebaseerde structurele kleuren kunnen 2000 wascycli doorstaan, zegt Zhang, en meer dan 10 maanden blootstelling aan ultraviolette straling met hoge intensiteit.

De techniek is handig, eenvoudig, gemakkelijk herhaalbaar en gemakkelijk op te schalen, voegt hij eraan toe. Het produceert schitterende, controleerbare kleuren, zoals indigo, geelbruin, blauw, paars en groen. Belangrijk is dat het de intrinsieke elektrische en mechanische eigenschappen van de CNT's niet beïnvloedt.

De TiO₂-gecoate CNT's kunnen in tal van geavanceerde toepassingen worden gebruikt, vertelt Zhang Natuurkunde wereld. “Dit omvat ultrasterke vezels, draagbare apparaten, slim textiel en apparaten die werken in omgevingen met hoge temperaturen (zoals vliegtuigen, raketten en raketten), optische displays, colorimetrische sensoren, apparaten tegen namaak, informatie-encryptie, veelkleurige passieve fotonische displays , optische vezels en lasers, om er maar een paar te noemen.”

De onderzoekers willen nu het kleurbereik van hun CNT’s verder uitbreiden. "We zullen ook de uitstekende prestaties van de gekleurde CNT's verder onderzoeken en interdisciplinaire toepassingen onderzoeken", zegt Zhang.

Het werk wordt beschreven in Wetenschap Advances.