211service.com
Przędzenie Nano Przędze
Wiele ważnych technologii — od elektrod akumulatorowych i przewodów nadprzewodzących po katalizatory w ogniwach paliwowych — opiera się na materiałach zawierających sproszkowane cząstki, co może być trudne do opanowania. Teraz, w ramach wyczynu, który może uprościć produkcję wielu takich technologii i może wskazać drogę w kierunku zupełnie nowych, naukowcy z University of Texas zademonstrowali sposób na przędzenie przędzy z nanorurek nasyconych użytecznymi sproszkowanymi materiałami.
Krosno nano: Włókna z nanorurek węglowych są ciągnięte i skręcane w celu wytworzenia przędzy. Cztery pajęczyny tutaj mają 5,5 centymetra szerokości.
Naukowcy wykorzystali tę metodę do wykonania pasków przędzy, które pełnią funkcję elektrody akumulatora, innych o właściwościach nadprzewodzących oraz przędz samoczyszczących.
Mówi się, że proszki są bardzo ważnymi materiałami funkcjonalnymi, ponieważ mają bardzo dużą powierzchnię Ray Baughman , który kieruje MacDiarmid NanoTech Institute na Uniwersytecie Teksańskim w Dallas. Problem w tym, że proszki bez formy są trudne w użyciu.
Na przykład elektrody do akumulatorów litowo-jonowych wykorzystują dużą powierzchnię proszków, aby osiągnąć większą gęstość przechowywania. Ale zazwyczaj albo proszki muszą być utrzymywane razem przez spoiwa, które zwiększają wagę i zwartość, albo muszą być spiekane razem w stałe struktury, których procesy są skomplikowane.
Baughman twierdzi, że technologia opracowana przez jego grupę powinna ułatwić pracę z szeroką gamą materiałów sproszkowanych. Można wziąć prawie każdy proszek i zrobić włóczkę, którą można szyć, robić na drutach, wiązać i splatać, mówi.
Naukowcy zaczynają od wyhodowania lasu pionowo ustawionych nanorurek węglowych w reaktorze chemicznym. Następnie przeciągają wałkiem po nanorurkach, które oddzielają się od powierzchni i zaplątują w długą, rozciągliwą wstęgę – tak zwaną sieć nanorurek. Te sieci, jak odkrył zespół Baughmana, mogą działać jako gospodarz dla nanocząstek i proszków. Naukowcy spryskują powierzchnię wstęgi proszkiem, a następnie skręcają ją w przędzę. Proszek jest zamknięty w spiralach sieci nanorurek. Kiedy go myjesz, prawie cały proszek zostaje zatrzymany, mówi. Otrzymane przędze mogą zawierać 95 do 99 procent wagowych proszku.
Grupa Baughmana wykorzystała mieszaninę sproszkowanego boru i magnezu do wytworzenia przędz nadprzewodzących w prostym procesie. Konwencjonalny proces wytwarzania drutów nadprzewodzących obejmuje pakowanie proszków w miedziane rurki i podgrzewanie ich i ciągnienie dziesiątki razy w celu rozciągnięcia ich na druty. Ale nadprzewodzące przędze są podgrzewane tylko raz, aby wygrzać proszki i utworzyć nadprzewodzącą nitkę.
Proszki zachowują właściwości, dzięki którym są tak przydatne, mówi Matteo Pasquali , profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej na Rice University, który nie był zaangażowany w prace. Mówi, że metoda Baughmana polega zasadniczo na przekształcaniu cząstek we włókna. Substancje chemiczne mogą łatwo wchodzić i wychodzić z rzadkich nanorurek i wchodzić w interakcje z powierzchnią cząstek uwięzionych w środku.
Pasquali kieruje projektem w Rice, którego celem jest wytwarzanie włókien z nanorurek węglowych, które są bardzo gęste, a zatem bardzo mocne i przewodzące. Te czyste włókna nanorurek mogłyby ostatecznie zostać wykorzystane jako kable do przesyłu energii elektrycznej o niskich stratach lub w super wytrzymałych materiałach konstrukcyjnych. Kiedy już masz włókno, możesz je utkać, umieścić w polimerze [takim jak włókno szklane] lub zrobić tkaninę, mówi Pasquali, który zauważa, że obróbka tekstyliów jest stosunkowo tania.
Zespół Baughmana wykonał materiał na elektrody akumulatorowe przy użyciu proszków litowo-żelazowo-fosforanowych. Tkanina jest prawie w 99 procentach materiałem aktywnym, dzięki czemu można z niej zrobić lekkie baterie.
I oczywiście, gdy coś można przerobić na materiał, można go również nosić.
Yi Cui , profesor nadzwyczajny inżynierii materiałowej i inżynierii materiałowej na Uniwersytecie Stanforda, opracowuje również tekstylne urządzenia do magazynowania energii. Uważa, że zasilacze do noszenia mogą pewnego dnia zasilać gadżety codziennego użytku. Ważnymi cechami są koszt, waga oraz możliwość szybkiego ładowania i rozładowywania, a elektrody tekstylne wydają się być pod tym względem idealne. Jednak jest mało prawdopodobne, aby były dobrze skalowane w zastosowaniach wymagających dużej całkowitej pojemności magazynowania energii, takich jak akumulatory do samochodów elektrycznych.
Naukowcy z University of Texas planują poprowadzić projekt w kilku kierunkach. Oprócz testowania różnych proszków, eksperymentują z różnymi sposobami ich nakładania.
Pewnego dnia przędze będą mogły zostać wykorzystane do produkcji dużych ilości materiału do produkcji strukturalnej. W tej chwili rozsądniej jest mówić o akumulatorach, a nie o skrzydłach samolotu, ze względu na wymagany tonaż [materiałów], mówi Baughman. Jego grupa współpracuje z kilkoma firmami nad dalszym rozwojem przędz, w tym z producentem chemicznym Lintech i producent tekstyliów z nanorurek węglowych Nanokomp .