碳奈米管紡成導電絲
- 上線日期：2011/1/20 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家最近利用網狀奈米碳管與不同的粉末、奈米纖維，製成導電紗線。這種透過雙捲曲(biscrolling)技術紡出來的紗線非常強韌，能縫紉或編織成各種結構，可望應用在能源的儲存與採集、結構性複合材、光觸媒以及智慧型紡織品。
想將功能性粉末製成紗線，現行作法是利用高分子黏著劑加以固著，然而由於僅有部分粉末固著，導致得到的複合物強度不足，粉末的功能也會打折扣。最近，德州大學奈米研究所的Ray Baughman等人以奈米碳管薄膜(網)取代黏著劑，能將微米甚至奈米級的功能性粉末製成既強韌又能導電的紗線。
德大團隊利用靜電粉體塗裝槍將功能性粉末披覆於奈米碳管薄膜上，再將此層狀物以古老的旋捻法(twist spinning)紡成紗線。研究人員可以藉由調整旋捻參數，得到不同螺旋堆疊結構的紗線，例如阿基米德(Archimedean)、雙阿基米德(dual-Archimedean)及費瑪(Fermat)螺旋。
奈米碳管薄膜是紡紗的理想材料，因為它們像空氣般輕盈(密度只有1.5 mg/cm3)，卻比鋼還強韌(比強度為560 MPa-cm3/g)，強度甚至優於超輕型飛機用的Mylar與Kapton膜(比強度為125 MPa-cm3/g)。更妙的是，此紗線可放入一般洗衣機清洗而不會受損。
研究人員可以根據需求添加不同粉體，紡出不同功能的紗線。例如添加鎂與硼粉末，經退火後可製得超導紗線，相較於傳統製備毫米級超導紗線，此技術可節省至少30個步驟。該團隊也將氧化石墨烯奈米帶(graphene oxide nanoribbons)、磷酸鋰鐵混入紗線，分別製成鋰離子電池的陽極與陰極，使電池具備可撓性，同時在效能及機械性質上表現絕佳。
該團隊還在奈米碳管內掺雜氮，製成催化性極高的燃料電池陰極，不需使用白金進行氧還原，因此能降低成本。Baughman表示，biscrolling是一項通用技術，可以推廣至Si02及Si3N4奈米管等材料，並搭配不同功能的粉末以達到各種應用目的。詳見Science 331, pp.51 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/44733
譯者:梁恆嘉(逢甲大學材料科學與工程系)
責任編輯:蔡雅芝
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