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超级纤维横空入市

发布时间:2019-10-11 18:40:20 阅读: 来源:砂锅厂家

纳米奥巴马:在电子显微镜下看到的碳纳米管奥巴马画像

碳纳米管是1991 年被发现的一种碳结构,它是由若干层碳原子卷曲而成的笼状“纤维”,内部中空。可以看作是由石墨烯片层卷曲而成,因此按照石墨烯片的层数可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。这种材料很轻,但很结实。碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有许多异常的力学、电学和化学性能。

产学研大联动 新一代材料碳纳米管崭露头角

⊙记者 王宙洁 ○编辑 陈其珏

“碳纳米管是我所能见到的最好的导电材料。”

美国赖斯大学化学和材料科学教授安德鲁·巴伦希望用这种材料制成一些非常大东西,例如几千英里长的高导电电力传输线,用于建设更有效的能源网格。

而这也是赖斯大学已故教授理查德·斯莫利一个未完成的构想,他因为发现了碳纳米而荣膺诺贝尔化学奖。

技术突破

碳纳米管,这种二十世纪末被发现的特殊材料今年变得广受瞩目。这一研究领域的终极目标之一,便是依靠掌握碳纳米管的手性,即分子的对称特点,合成单壁碳纳米管。

来自芬兰阿尔托大学、俄罗斯普罗霍罗夫普通物理研究所以及丹麦技术大学电子显微中心的科学家们日前宣布,他们已经掌握了碳纳米管中超过50%的手性。

这一关键技术的突破意味着碳纳米管的商业开采以满足无数实际应用正式迈开脚步。

在碳纳米管被发现之初,技术和复杂的工艺令这一技术止步不前。其无法在实际生产中发挥作用的一大制约因素,便是人们没法很好地掌握其手性,手性决定着碳纳米管的光学和电子特性。

就好比你拿起一张纸,当你将它卷起放入一只试管中是,它会呈现一种状态;而当你将它卷成某个角度,它又会呈现另外一种样子。“是的,这就是我们如何解释单壁碳纳米管的结构。就像按照各种方向和宽度,将石墨烯片通过不同的方式卷曲。”阿尔托大学科学院应用物理系的教授艾司科·考皮宁说。

产业落地

碳纳米管被视为有朝一日有望超越硅在生产计算机芯片中的作用。它比硅晶体管体积更小,速度更快,同时也更节能。碳纳米管也曾被海外媒体誉为21世纪材料界的奇迹,可以用于水和油的净化,人造肌肉、骨骼支架或是细胞疗法,甚至还可以用来制造更好的平板电脑显示屏,LED及柔性显示屏。

近期,富士康旗下的天津富纳源创科技有限公司通过与清华大学团队的产学研结合,成功实现了全球首个碳纳米管触控屏产业化。

航天工程学家也为这种超级材料着迷。研究人员正在寻找一种更为强劲且更轻的材料用于下一代商业飞机,理想的方法之一便包括将碳纳米管涂于碳纤维表面进而增加其强度。麻省理工学院的博士后斯蒂芬·施泰纳说,这是一个令人感到兴奋的领域,并且极有可能对环境、飞行器等方面产生大范围的影响。

此外,来自新加坡南洋理工大学的研究人员也利用单壁碳纳米管膜作为材料之一,成功研制出具有超强伸缩性、高集成度的超级电容器的储能装置,用于弥补弹性电子产品急需的能量来源。

神奇的纳米世界

⊙记者 王宙洁 ○编辑 陈其珏

作为纳米家族的成员之一,碳纳米管的出现令材料界不为人知的商业钱景浮现在了人们的面前。

无论是电动车还是电池,或是人体组织甚至收音机,纳米充斥着我们生活的方方面面。对电动汽车或插入式混合动力汽车而言,它们需要更便宜且能量密度更高的电池,来和传统汽车竞争。斯坦福的研究人员便成功实现了这一点,纳米成为他们的杀手锏。设计出新的纳米结构,还可以极大地增加可充电的次数,足以满足很多商业应用。

也有报道称,单壁碳纳米管阵列结合硫化电解质,便可以制成更强大的太阳能电池,莱斯大学开发的这种染料敏化太阳能电池,其成本只有硅基太阳能电池的一小部分,极大地降低了太阳能电池的成本。

此外,还有一种由廉价材料制造的纳米发电机。据海外媒体报道,佐治亚理工学院的研究人员已经开发出一款原型产品,能利用运动摩擦产生的静电给手机电池充电。这种纳米发电机能将机械运动能量的10%至15%转换为电能,而更薄的材料转换率甚至可以达到40%。

更令人叹为观止的是其在生命科技领域的应用。布朗大学的研究人员发现,碳纳米管作为一种纳米材料,具有导电性,可以模拟人体组织,帮助心脏修复,最终实现心脏组织的细胞再生。

斯坦福大学则在全力发展以矽为基础的纳米线技术。据海外媒体报道,这种技术不仅能储存大量电能,催生新世代高能量纳米电池,亦可组成透明电极网路,实现手机电池透明化设计。

报道称,斯坦福大学正积极与产业界研拟技术合作,可望在未来1至2年内,将纳米线应用于行动装置锂电池设计,以延长现有装置的平均续航力,并缩减电池占位空间。

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