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碳納米管用于開發可充電的服裝
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【摘要】:

美國辛辛那提大學(UC)的研究人員正在與萊特-帕特森空軍基地合作,制造可以為電子設備充電的服裝。美國辛辛那提大學(UC)的研究人員正在與萊特-帕特森空軍基地合作,制造可以為電子設備充電的服裝。碳納米管的獨特特性使之成為可能:它具有強大、導電和耐熱的大表面積。UC的工程和應用科學學院與空軍研究實驗室簽訂了為期五年的協議,開展能夠促進軍事技術應用的研究。UC的研究人員認為,制造業處于碳復興的風口浪尖,

美國辛辛那提大學(UC)的研究人員正在與萊特 - 帕特森空軍基地合作,制造可以為電子設備充電的服裝。

美國辛辛那提大學(UC)的研究人員正在與萊特 - 帕特森空軍基地合作,制造可以為電子設備充電的服裝。碳納米管的獨特特性使之成為可能:它具有強大、導電和耐熱的大表面積。

UC的工程和應用科學學院與空軍研究實驗室簽訂了為期五年的協議,開展能夠促進軍事技術應用的研究。

UC的研究人員認為,制造業處于碳復興的風口浪尖,碳會在很多應用中取代金屬。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于我們的生命和身體的信息。碳還可能將取代聚酯和其他合成纖維。

通過合作,UC學生使用空軍實驗室的先進設備,包括X射線計算機斷層掃描,來分析樣本。

UC研究人員在真空室內通過稱為化學氣相沉積的方法在四分之一大小的硅晶片上生長納米管。每個粒子都有一個成核點,研究人員稱之為“種子”。他們把含碳氣體引入到反應器中。當碳氣體與 “種子”相互作用時,它會分解并重新形成在表面上。然后讓它生長,直到達到想要的大小。研究人員可以使用從酒精到甲烷的幾乎任何碳材料。

UC的納米世界實驗室在2007年創造了一項世界紀錄,生產了一種長近2厘米的納米管,這是當時實驗室生產的最長的碳納米管陣列。今天這個實驗室可以制造出更長很多倍的納米管。并且,這一小片碳變成了紡絲,就像蜘蛛的絲,可以編織成紡織品。

研究人員介紹:“我們可以像機器線一樣組裝它們,并將它們應用于從傳感器到跟蹤水或儲能設備中的重金屬的應用,包括超級電容器和電池?!睂姺絹碚f,這可能意味著換掉重型電池,為構成士兵負載的越來越多的電子設備充電,如燈光、夜視和通訊設備。士兵攜帶重量的三分之一僅僅是為所有設備供電的電池類產品。所以,這對他們來說也是一個很大的優勢。

目前碳納米管時裝成本還是太高。UC正在與那些更關心性能而不是成本的客戶合作。一旦完美合成,規模就會大幅增加,成本也會相應下降,然后就會看到碳納米管擴散到許多更多的應用中。

圖:碳纖維可以纏繞成堅固的導電線。像蜘蛛絲一樣,它有彈性和強壯。

圖:碳纖維可以纏繞成堅固的導電線。像蜘蛛絲一樣,它有彈性和強壯。


目前,UC的實驗室可以一次生產約50碼的碳納米管線進行研究。而大多數大型紡織機器需要數英里的線。

空軍方面認為,在之此前,大規模生產仍然是碳納米管技術尚未解決的問題之一,在擴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模的研究是有利的,但不適用于制造飛機機翼或飛行服。

碳納米管的最大優點是材料不短缺。它只需要一種金屬催化劑。


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