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加州大學(xué)工程系學(xué)生Yanbo Fang在納米實(shí)驗(yàn)室使用定制紡紗機(jī)將碳納米管纖維卷成細(xì)線，使這成為可能的是碳納米管的獨(dú)特性質(zhì)：大表面區(qū)域，堅(jiān)固，導(dǎo)電并且耐熱。
加州大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院和空軍研究實(shí)驗(yàn)室達(dá)成了為期五年的協(xié)議，以開展可以增強(qiáng)軍事技術(shù)應(yīng)用的研究。
加州大學(xué)教授Vesselin Shanov與納米實(shí)驗(yàn)室的合作伙伴兼教授Mark Schulz共同利用他們?cè)陔姎猓瘜W(xué)和機(jī)械工程方面的專業(yè)知識(shí)來制造可以為電子設(shè)備供電的“智能”材料。
“主要挑戰(zhàn)在于將這些特性轉(zhuǎn)化為它們的強(qiáng)度，導(dǎo)電性和耐熱性，”Shanov說。
Schulz表示，碳制造業(yè)正處于復(fù)興時(shí)期。碳納米管將取代汽車和飛機(jī)中的銅線，以減輕重量并提高燃油效率。碳能過濾水，通過新生物識(shí)別傳感器讓我們了解更多關(guān)于我們的生命和身體的特征。
碳將取代聚酯和其他合成纖維。由于碳納米管是地球上最黑的物體，吸收99.9％的可見光，你可能會(huì)說碳是新黑色。
“過去，金屬主導(dǎo)著制造業(yè)，” Schulz說。 “但我認(rèn)為碳會(huì)在很多應(yīng)用中取代金屬。
“將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)全新的碳時(shí)代革命，” Schulz說
加州大學(xué)研究生Mark Haase展示了碳納米管光纖的導(dǎo)電性。
加州大學(xué)的納米實(shí)驗(yàn)室有30名研究生和本科生在工作。
其中之一，加州大學(xué)研究助理Sathya Narayan Kanakaraj共同撰寫了一項(xiàng)研究報(bào)告，研究如何提高干法紡制碳納米管纖維的拉伸強(qiáng)度。 他的研究結(jié)果于6月發(fā)表在Materials Research Success雜志上。
“這促使我們分組工作并專業(yè)化。這些與我們?cè)谄髽I(yè)研究和行業(yè)中看到的動(dòng)力相同，”Haase說。 “工程如今是一項(xiàng)團(tuán)體項(xiàng)目，因此我們可以利用這一點(diǎn)。”
加州大學(xué)的研究人員將稱為化學(xué)氣相沉積的過程在真空室中加熱在四分之一尺寸的硅晶片上“生長(zhǎng)”納米管。
“每個(gè)粒子都有成核點(diǎn)。通俗地說，我們可以把它稱為種子，”Haase說。
“我們的含碳?xì)怏w被引入反應(yīng)堆。當(dāng)含碳?xì)怏w與我們的'種子'相互作用時(shí)，它會(huì)在表面上分解并重新形成。我們讓它生長(zhǎng)到我們想要的尺寸，”他說。
研究人員幾乎可以在任何領(lǐng)域使用到碳，從酒精到甲烷。
“我記得有一組人使用Girl Scout餅干展示。如果它含有碳，你就可以把它變成納米管，”Haase說。
加州大學(xué)納米實(shí)驗(yàn)室在2007年通過種植延伸近2厘米的納米管創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，，這是當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的最長(zhǎng)的碳納米管陣列。 今天的實(shí)驗(yàn)室可以創(chuàng)造出更長(zhǎng)時(shí)間的納米管。
碳纖維可以纏繞成堅(jiān)固的導(dǎo)電線。 像蜘蛛絲一樣，它具有足夠的彈性和強(qiáng)度。 圖片來源：Joseph Fuqua II / UC Creative Services
加州大學(xué)的研究人員在實(shí)驗(yàn)室的工業(yè)線軸上拉伸了小纖維方塊。 突然間，這塊微小的碳片成為了一種類似蜘蛛絲的紡線，可以編織成紡織品。
“這與紡織品完全一樣，”Shanov說。 “我們可以將它們組裝成一個(gè)機(jī)器螺紋，并將它們用于各種應(yīng)用，包括傳感器，跟蹤水中的重金屬或儲(chǔ)能設(shè)備，包括超級(jí)電容器和電池。”
對(duì)于軍方而言，這可能意味著要更換重型電池，這些重型電池可以為越來越多的電子設(shè)備充電，這些電子設(shè)備構(gòu)成士兵的負(fù)載：燈光，夜視和通信設(shè)備。
“他們攜帶的重量的三分之一只是為所有設(shè)備供電的電池，”Haase說。 “因此即使我們能夠稍微削減一點(diǎn)重量，這對(duì)他們來說也是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)。”
醫(yī)學(xué)研究人員正在研究碳納米管如何幫助提供靶向劑量的藥物。
但首先研究人員希望確保碳納米管是無毒的
“這就是為什么他們一直在緩慢行動(dòng)，” Haase說。 “研究發(fā)現(xiàn)，在急性暴露下，碳納米管會(huì)導(dǎo)致類似于石棉的損傷。我們要做的最后一件事就是治愈一種癌癥，但卻發(fā)現(xiàn)它又會(huì)給你一種不同的癌癥。”
初步結(jié)果很有希望
請(qǐng)不要在巴黎時(shí)裝秀上尋找?guī)技{米管的時(shí)裝。 成本太高了。
“碳納米管的最大優(yōu)點(diǎn)是不缺原材料。它只需要金屬催化劑，而我們使用鐵，鎳和碳。這些并不稀缺，”Maruyama說。 “因此，當(dāng)我們談?wù)撁磕晟a(chǎn)數(shù)百萬噸碳納米管時(shí)，我們并不需要制造數(shù)百萬噸稀金屬。”
Shanov說，最終目標(biāo)是將加州大學(xué)的學(xué)術(shù)研究轉(zhuǎn)化為實(shí)際問題的解決方案。
“我們?cè)趯W(xué)術(shù)界用奢侈品來探索不同的應(yīng)用領(lǐng)域，”Shanov說。 “并非所有人都可以看到市場(chǎng)前景。但即使有有10％的人受到影響，也會(huì)取得巨大成功。”
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