美国莱特─派特森空军基地(Wright-Patterson Air Force Base)实验室正与辛辛纳提大学工程师合作,欲开发可直接为电子设备充电的全新动力装,就像钢铁人身上那套神奇装甲。
奈米碳管(Carbon nanotube,缩写 CNT)是地球最黑的物体,吸收高达 99.9% 可见光,具超常强度、热导率、磁阻特性,管子半径极细,几万根奈米碳管并起来只有一根头发宽。
科学家相信,奈米碳管将为制造业带来“碳复兴”时代,能取代汽车或飞机铜线,减轻重量并提高燃油效率;也能应用在废水过滤或生物感测器新技术;还能取代聚酯与其他合成纤维,在过去,制造业为金属材料主导,但未来,奈米碳管将在许多应用取代金属。
透过一种称为化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)技术,研究人员几乎可从任何含碳物质生出奈米管,甚至莱斯大学科学家曾从一盒市售饼干 Girl Scout Cookies 制出价值 150 亿美元的石墨烯,当时论文发表在《ACS Nano》。
化学气相沉积为一种产生高纯度、高效能固态材料的化学技术,半导体产业使用此技术生长薄膜。典型 CVD 制程是将晶圆(基底)暴露在一种或多种不同前趋物下,在基底表面发生化学反应或化学分解来产生欲沉积的薄膜,反应过程通常伴随产生副产品,但大多随着气流被带走,不会留在反应腔(reaction chamber)中。
现在,美国空军与辛辛纳提大学团队在真空实验室里,利用化学气相沉积法从硅晶一角“生长”出奈米管;接着,团队利用线轴拉伸这块微小碳片,将碳管拉成类似蜘蛛丝的纺线,最近撰写的论文旨在描述如何提高奈米碳管干式纺丝(dry-spun)纤维的拉伸强度,发表在《Materials Research Success》期刊。
当奈米碳管有如纺织物能任意拉伸,新型态储能设备(比如超级电容器、电池)、感测器似乎也应运而生,对军方来说,士兵身背为探照灯、通讯设备供电的重型电池或许可削减一些重量。
研究人员正在开发大量相关技术,主要目标包括利用奈米碳管纤维储存能量的钢铁人装甲服。不过以现有技术而言,要大规模使用的话成本仍相当高昂;此外,虽然在实验室成功拉出奈米碳管纤维,但还不足以制造飞机机翼或飞行服,团队目前只能在实验室拉出 50 码长的奈米碳管纤维。
但无论如何,奈米碳管最大优点就是不缺材料,生产过程只需一种金属催化剂,我们可以使用铁或镍,随着技术精进,大量制程或许只是时间问题。
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(首图来源:辛辛纳提大学)