Наноджунгли в домашних условиях

Нанолес из карбоновых нанотрубок. Можно и заблудиться.
Источник: hizook.com

Уложенные перпендикулярно поверхности подложки углеродные нанотрубки (УНТ), различные нановолоконца образуют систему, получившую название «нанотрава», «наноковер» или «нанолес». Микро- и нановолокна, нанопроволоки могут укладываться на поверхности подложки равномерно или неравномерно, иметь различную форму, размеры и плотность укладки. На подобных устройствах основано получение «липучек» типа Velcro, различных липких лент и т.п. Такие поверхности обычно гидрофобны (отталкивают воду), им присущ эффект лотоса.

Однако с микро- и нанолесом многие имели дело и в быту, но не обращали на это внимания. Многим приходилось шлифовать древесину и наблюдать возникновение древесных ворсинок. Особо заметно это при использовании мелкоабразивной шлифовальной бумаги (нулевки). Купить нынче ее несложно. И провести простейшие исследования по получению микро- и нанолеса.

Возьмите древесную дощечку и шлифуйте ее вдоль волокон в одном направлении. Довольно скоро вы увидите появление микролеса из лежащих волоконец древесины (по направлению шлифования). Картина напоминает поваленный лес после тунгусской катастрофы. Можно отметить, что длина ворсинок составляет от нескольких микрон до 1 мм. Для наглядности можно прикатать к такой поверхности липкую ленту и аккуратно отслоить ее от подложки – на нее перенесутся все волоконца с поверхности древесины, и вы получите как бы их слепок.

Чтобы приблизиться к получению микро- или нанолеса, необходимо поднять ворсинки. Этого легко добиться несколькими путями. Можно прошлифовать древесину вдоль волокон, но в обратном направлении. А можно попытаться поднять ворс с помощью пылесоса. При этом удаляются мелкие частички древесной шлифовальной пыли микронных размеров и проводить наблюдения станет легче. Для большей уверенности можно дополнительно поднести к поверхности прошлифованной древесины наэлектризованную трением о ткань полимерную пленку. Это также поможет «установить» ворс из волокон древесины перпендикулярно поверхности подложки, частоколом.

Так как на отслаивание липкой ленты от нанолеса требуется небольшое усилие (сопротивление отслаиванию 3–5 гс/см при угле отслаивания 90 градусов, материал – сосна), то и прочность сцепления волокон древесины с подложкой невелика. При отслаивании почти все волоконца переходят на поверхность липкого слоя скотча и можно допустить, что наблюдался когезионный разрыв по волокнам древесины.

Прочность древесины на разрыв поперек волокон составляет 7–8 МПа, вдоль волокон – около 100 МПа. По слепкам, оставшимся на липкой ленте, можно оценить, что при «диаметре» волоконец 30 мкм при плотной упаковке количество волоконец на квадратном сантиметре составит 9 миллионов! Известно, что щетка нановолокон (УНТ), нанесенных на твердую поверхность, упрочняет материал. С древесиной этого не наблюдается из-за высокой повреждаемости волоконец при обработке твердыми абразивами. При наблюдении в микроскоп видны вырывы на волоконцах («микронарушения»), что понижает их прочность.

Казалось бы, образовавшуюся при шлифовании мелкую древесную пыль и ворсинки можно не трогать – пусть служат в качестве наполнителя в адгезиве или лаке. Но тут свои особенности, связанные, в частности, с сохранением текстуры древесины при лакировании. Видимо, и по этой причине перед лакированием древесины, к примеру, стараются поднять ворс с помощью быстросохнущего мебельного лака и затем удаляют сошлифованные волоконца. Для придания большей гладкости раньше и после названных операций обрабатывали поверхность древесины хвощом, в стеблях которого содержится много кремнезема. Часто заглаживают поверхность древесины, дополнительно «приглаживая» ее металлическими валиками.

Но при склеивании древесины неполярными клеями на основе полиэтиленового и полипропиленового порошков, удаление микроволокон и древесной шлифовальной пыли микро- и даже наноразмеров, видимо, нецелесообразно.

Если нанести из микропипетки каплю воды на поверхность древесины и на поверхность микролеса, то в первый момент можно заметить, что микролес хуже смачивается водой (угол смачивания больше). Но из-за высокой гигроскопичности древесины этот эффект быстро исчезает, так как расстояния между волоконцами гораздо больше диаметра молекул воды (0,276 нм), которые быстро заполняют пространство между ними.

Возможно, читатели и сами что-то проверят, дополнят и расширят «тематику».