Spinding nano garn

Mange vigtige teknologier - fra batterielektroder og superledende ledninger til katalysatorer i brændselsceller - er afhængige af materialer, der indeholder pulverformige partikler, som kan være vanskelige at håndtere. Nu, i en bedrift, der kunne forenkle produktionen af ​​mange sådanne teknologier og måske pege på nogle radikale nye, har forskere ved University of Texas demonstreret en måde at spinde garn ud af nanorør tilsat nyttige pulveriserede materialer.

Nanovæv: Carbon-nanorør-baner trækkes og snoes for at lave garn. De fire spind her er 5,5 centimeter brede.

Forskerne har brugt metoden til at lave strimler af garn, der fungerer som batterielektrode, andre med superledende egenskaber og selvrensende garn.

Pulvere er meget vigtige funktionelle materialer, fordi de har et meget stort overfladeareal, siger Ray Baughman , der leder MacDiarmid NanoTech Institute ved University of Texas i Dallas. Problemet er, at pulvere uden form er svære at bruge.

Lithium-ion batterielektroder udnytter f.eks. det store overfladeareal af pulvere for at opnå større lagringstæthed. Men typisk skal enten pulvere holdes sammen af ​​bindemidler, der tilfører vægt og soliditet, eller også skal de sintres sammen til faste strukturer, hvor processerne er komplicerede.

Baughman siger, at teknologien udviklet af hans gruppe skulle gøre det lettere at arbejde med en bred vifte af pulveriserede materialer. Man kan tage næsten ethvert pulver og lave et sybart, strikbart, knytbart, flettebart garn, siger han.

Forskerne starter med at dyrke en skov af vertikalt justerede kulstofnanorør i en kemisk reaktor. Derefter trækker de en rulle hen over nanorørene, som skiller sig fra overfladen og bliver viklet ind i et langt, strækbart bånd - et såkaldt nanorørsvæv. Disse væv, har Baughmans team opdaget, kan fungere som vært for nanopartikler og pulvere. Forskerne sprøjter overfladen af ​​nettet med pulveret og snoer det derefter til et garn. Pulveret er indespærret inde i spiralerne af nanorørbanen. Når man vasker det, holdes næsten alt pulveret tilbage, siger han. De resulterende garner kan være 95 til 99 vægtprocent pulver.

Baughmans gruppe brugte en blanding af pulveriseret bor og magnesium til at lave superledende garn ved en simpel proces. Den konventionelle proces til fremstilling af superledende tråde involverer pakning af pulverne i kobberrør og opvarmning og trækning af dem ti gange for at strække dem til tråde. Men de superledende garner opvarmes kun én gang for at udgløde pulverne og danne en superledende tråd.

Pulverne bevarer de egenskaber, der gør dem så nyttige, siger Matteo Pasquali , professor i kemisk og biomolekylær teknik ved Rice University, som ikke var involveret i arbejdet. Baughmans metode er i det væsentlige at omdanne partikler til fibre, siger han. Kemikalier kan let bevæge sig ind og ud af de sparsomme nanorør og interagere med overfladen af ​​partiklerne fanget indeni.

Pasquali leder et projekt hos Rice, der har til formål at lave kulstof-nanorørfibre, der er meget tætte og derfor meget stærke og ledende. Disse rene nanorørfibre kan i sidste ende bruges som elektriske transmissionskabler med lavt tab eller i superstærke strukturelle materialer. Når du har en fiber, kan du væve den, putte den i en polymer [såsom glasfiber] eller lave et stof, siger Pasquali, der bemærker, at tekstilforarbejdning er relativt billig.

Baughmans team lavede et batteri-elektrodestof ved hjælp af lithium-jern-phosphat-pulvere. Stoffet er næsten 99 procent aktivt materiale, så det kunne bruges til at lave letvægtsbatterier.

Og når først noget kan laves om til et stof, kan det selvfølgelig også bæres.

Yi Cui , lektor i materialevidenskab og teknik ved Stanford University, udvikler også tekstilbaserede energilagringsenheder. Han mener, at bærbare strømforsyninger en dag kan drive hverdagsgadgets. De vigtige kvaliteter er omkostninger, vægt og evnen til at oplade og aflade hurtigt, og tekstilelektroder ser ud til at være ideelle i disse henseender. Men det er usandsynligt, at de kan skaleres godt til applikationer, der kræver en høj samlet energilagringskapacitet, som batterier til elbiler.

Forskere fra University of Texas planlægger at tage projektet i flere retninger. Udover at teste forskellige pulvere, eksperimenterer de med forskellige måder at deponere dem på.

En dag kunne garnene bruges til at producere store mængder materiale til strukturel fremstilling. Lige nu er det mere fornuftigt at tale om batterier, ikke flyvinger, på grund af den nødvendige tonnage [af materialer], siger Baughman. Hans gruppe arbejder sammen med nogle få virksomheder for at videreudvikle garnene, herunder kemikalieproducenten Lintech og carbon-nanorør tekstilproducent Nanocomp .

skjule