纯碳纳米管纤维制成高效电线


来源:价值中国

有几种不同类型的碳纳米管,每种都具有略微不同的性质和不同的潜在用途。不幸的是,现有的生产方法带来的,是不同碳纳米管的混合物,具有不同的尺寸和完全不同的电气性能。纯粹的半导体纳米管,可用于未来的集成电路,只是混合了金属纳米管,这种纳米管可用来制造高导电线。因此,纳米管必须按类型分开,这是一个缓慢而昂贵的工艺,安德鲁•巴伦(AndrewBarron)说,他是赖斯大学化学和材料科学教授。

    “有一种碳纳米管,是所见到的最好的导电材料,不会把任何能量散失为热量,”巴伦说。

    巴伦是赖斯大学一个团体的成员,他希望用这些纳米管制成一些非常大东西:几千英里长的高导电电力传输线,用于更有效的能源网格,这将是很重要的,因为可再生能源的使用在增长。这是赖斯大学已故教授理查德•斯莫利(RichardSmalley)的一个构想,他获得了诺贝尔化学奖,因为他共同发现了碳纳米材料。赖斯大学研究人员已经制成了长长的纯碳纳米管纤维,但是,因为他们的研究采用了不纯的样品,所以,这些纤维没有像他们希望的那样导电。

    巴伦和他的同事现在已经改善了一种方法,用于制备纯碳纳米管,这是他们在2006年首次开发的。所谓“放大”,最终应该让它们从一纳克纯碳纳米管变成一克,再变成一公斤,然后变成一吨。他们开始是从混合物中分离出少量的纯金属纳米管,然后,在每根管的末端加上催化剂。然后,他们把这些纳米管放进加压温控容器,再加入一种混合气体。在这些条件下,这些纳米管的尺寸就会增加一倍,生长就源自末端的催化剂。现有的纳米管作为一个模板,规定了额外长度的纳米管的直径,结构和属性。这些纳米管随后被切断,而这个过程会重复进行。

    巴伦和他的同事首次演示这种放大是在几年前,但那时不是很有效。在《纳米快报》(NanoLetters)杂志6月份在线刊登的一篇论文中,他们描述,混合合适的催化剂和生长条件,可以确保每一根单一的纳米管都可以被放大。以前,他们曾认为,这些条件应该是相同的,就和制造首批纳米管一样,但它的效果并不很好。巴伦说,他们现在已经找到了条件,可以使放大有效。

    赖斯大学的研究人员使用这种放大工艺,积累足够的纯金属纳米管,制成的纤维属于那种类型,可用于制备电力传输线。他们过去曾经制成很长的导电纳米管纤维,使用的是一种旋压工艺(spinningprocess),也是赖斯大学开发的,但他们那时不得不使用不纯的纳米管,制成任何长度的这种材料。

    亚伦•富兰克林(AaronFranklin,)是IBM沃森研究中心(WatsonResearchCenter)的研究员,他说,这项新的研究可能并没有“找到最好的方法,以获得大量的纯金属管。”这种放大工艺仍然不能非常大量地生产这种材料,富兰克林注意到。

    虽然赖斯大学的团队在继续研究放大,但其他研究人员也在探索替代方法,大量制备纯纳米管。马克•和萨姆(MarkHersam)是美国西北大学(NorthwesternUniversity)化学教授,他开发的是现在最常用的分离方法之一。他创立了一家公司,叫做纳因特格里斯(NanoIntegris)公司,出售纯纳米管。他说,提高产量“现在基本上是一种工业优化作业。”
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