美國用碳納米管開發(fā)可以兼作電池的服裝

       使這成為可能的是碳納米管的獨特性質(zhì)：大的表面區(qū)域，堅固，導(dǎo)電和耐熱。

       加州大學工程與應(yīng)用科學學院與空軍研究實驗室簽訂了為期五年的協(xié)議，開展可以增強軍事技術(shù)應(yīng)用的研究。

       加州大學教授Vesselin Shanov與UC的納米世界實驗室共同負責研究合作伙伴和UC教授Mark Schulz。他們共同利用他們在電氣，化學和機械工程方面的專業(yè)知識來制造可以為電子設(shè)備供電的“智能”材料。

       “主要的挑戰(zhàn)是將這些美麗的特性轉(zhuǎn)化為利用它們的強度，導(dǎo)電性和耐熱性，”Shanov說。

       舒爾茨表示，制造業(yè)處于碳復(fù)興的尖端。碳納米管將取代汽車和飛機中的銅線，以減輕重量并提高燃油效率。碳將過濾我們的水，并通過新的生物識別傳感器告訴我們更多關(guān)于我們的生命和身體。

       碳將取代聚酯和其他合成纖維。由于碳納米管是地球上最黑的物體，吸收了99.9%的可見光，你可能會說碳是新的黑色。

       “在過去，金屬主導(dǎo)制造業(yè)，”舒爾茨說?！暗艺J為碳會在很多應(yīng)用中取代金屬。

       “將會有一個新的碳時代 - 碳革命，”舒爾茨說。

       UC的Nanoworld實驗室指導(dǎo)30名研究生和本科生的集體工作。

       其中之一，UC研究助理Sathya Narayan Kanakaraj，共同撰寫了一項研究，研究如何提高干法紡制碳納米管纖維的拉伸強度。他的研究結(jié)果于6月發(fā)表在Materials Research Success雜志上。

       研究生Mark Haase在過去的一年里一直在Wright-Patterson的空軍研究實驗室探索碳納米管的應(yīng)用。通過合作，UC學生使用空軍實驗室的先進設(shè)備，包括X射線計算機斷層掃描，來分析樣本。哈斯一直在使用空軍裝備來幫助他的同學們完成他們的項目。

       “這促使我們分組工作并專業(yè)化。這些與我們在企業(yè)研究和行業(yè)中看到的動力相同，”Haase說。“工程現(xiàn)在是一項團體活動，所以我們可以利用這一點?！?

       加州大學的研究人員通過稱為化學氣相沉積的過程在真空室中在加熱下在四分之一尺寸的硅晶片上“生長”納米管。

       “每個粒子都有一個成核點。通俗地說，我們可以把它稱為種子，”Haase說。

       “我們的含碳氣體被引入反應(yīng)堆。當碳氣與我們的'種子'相互作用時，它會在表面上分解并重新形成。我們讓它生長到我們想要的尺寸，”他說。

       研究人員幾乎可以使用任何碳，從酒精到甲烷。

       “我記得有一群人使用Girl Scout餅干炫耀。如果它含有碳，你可以把它變成納米管，”Haase說。

       UC的納米世界實驗室在2007年創(chuàng)造了世界紀錄，通過種植延伸近2厘米的納米管，這是當時實驗室生產(chǎn)的最長的碳納米管陣列。今天的實驗室可以創(chuàng)造出更長時間的納米管。

       加州大學的研究人員在實驗室的工業(yè)線軸上拉伸了小纖維方塊。突然間，這片微小的碳片變成了一種類似蜘蛛絲的紡線，可以編織成紡織品。

       “這就像一種紡織品，”Shanov說。“我們可以像機器線一樣組裝它們，并將它們用于各種應(yīng)用，包括傳感器，跟蹤水中的重金屬或儲能設(shè)備，包括超級電容器和電池?！?

       對于軍方而言，這可能意味著要更換重型電池，這些重型電池可以為越來越多的電子設(shè)備充電，這些電子設(shè)備構(gòu)成士兵的負載：燈光，夜視和通信設(shè)備。

       “他們攜帶的重量的三分之一只是為所有設(shè)備供電的電池，”Haase說?！耙虼?，即使我們可以稍微削減一點，這對他們來說也是一個很大的優(yōu)勢?！?

       醫(yī)學研究人員正在研究碳納米管如何幫助提供靶向劑量的藥物。

       “在外面，你可以添加一種蛋白質(zhì)分子。細胞會閱讀并說，'我想吃那個。' 因此，我們可以提供藥物來支持健康細胞，恢復(fù)生病細胞，甚至殺死癌細胞，“Haase說。

       但首先研究人員希望確保碳納米管是無毒的。

       “這就是為什么他們一直在緩慢行動，”Haase說?！把芯堪l(fā)現(xiàn)，在高暴露或急性暴露下，碳納米管會導(dǎo)致類似于石棉的肺損傷。我們要做的最后一件事就是治愈一種癌癥，但卻發(fā)現(xiàn)它會給你一種不同的癌癥?！?

       初步結(jié)果很有希望。

       不要在巴黎時裝秀上尋找碳納米管時裝。成本太高了。

       “我們正在與那些更關(guān)心性能而不是成本的客戶合作。但是一旦我們完美合成，規(guī)模就會大幅增加，成本也會相應(yīng)下降，”Haase說?！叭缓笪覀儗⒖吹教技{米管擴散到許多更多的應(yīng)用中?！?

       目前，UC的實驗室可以一次生產(chǎn)約50碼的碳納米管線進行研究。

       “大多數(shù)大型紡織機器需要數(shù)英里的線程，”Haase說?！拔覀儠侥莾?。”

       在那之前，大規(guī)模生產(chǎn)仍然是碳納米管技術(shù)尚未解決的問題之一，空軍研究實驗室材料與制造理事會負責人Benji Maruyama說?！霸跀U大工藝范圍方面還有很多工作要做。將碳納米管纖維從硅盤中拉出來對于實驗室規(guī)模的研究是有利的，但不適用于制造飛機機翼或飛行服，”Maruyama說。

       他說：“唯一讓我們退縮的是破解制造碳納米管的規(guī)模?！?

       Maruyama試圖通過一系列使用名為ARES的自主研究機器人進行的實驗來解決這個問題。機器人使用碳納米管設(shè)計和進行實驗，分析結(jié)果，然后使用該數(shù)據(jù)和人工智能重新定義下一個實驗的參數(shù)。他說，通過這種方式，它可以在與人類研究人員同時進行100次實驗。

       “碳納米管的最大優(yōu)點是不缺材料。它只需要金屬催化劑 - 我們使用鐵和鎳 - 和碳。它并不稀缺，”Maruyama說?！耙虼?，當我們談?wù)撁磕晟a(chǎn)數(shù)百萬噸碳納米管時，我們并沒有制造數(shù)百萬噸稀有物?！?

       Shanov說，最終目標是將UC的學術(shù)研究轉(zhuǎn)化為實際問題的解決方案。