Nanorurki węglowe mogą zrewolucjonizować wszystko, od baterii i oczyszczaczy wody po części samochodowe i artykuły sportowe: aktualizacja krajowego laboratorium Lawrence Livermore

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

Pionowo ustawione nanorurki węglowe wyrastające z katalitycznych nanocząstek (złoty kolor) na płytce krzemowej na górze stopnia grzewczego (czerwona poświata). Dyfuzja acetylenu (czarnych cząsteczek) przez fazę gazową do miejsc katalitycznych określa szybkość wzrostu w reaktorze prysznicowym z zimną ścianą. Źródło: Zdjęcie autorstwa Adama Samuela Connella/LLNL

Naukowcy z Narodowe Laboratorium Lawrence Livermore (LLNL) Departamentu Energii zwiększają skalę produkcji pionowo ustawione jednościenne nanorurki węglowe (SWCNT). Ten niesamowity materiał może zrewolucjonizować różnorodne produkty komercyjne, od akumulatorów, artykułów sportowych i części samochodowych po kadłuby łodzi i filtry do wody. Badanie zostało niedawno opublikowane w czasopiśmie Węgiel.

Większość obecnie produkowanych nanorurek węglowych (CNT) to niezorganizowane architektury CNT, które są wykorzystywane w masowych materiałach kompozytowych i cienkich warstwach. Jednak w przypadku wielu zastosowań zorganizowane architektury CNT, takie jak lasy ułożone pionowo, zapewniają krytyczne korzyści w zakresie wykorzystywania właściwości poszczególnych CNT w systemach makroskopowych.

„Niezbędna jest solidna synteza pionowo ułożonych nanorurek węglowych na dużą skalę, aby przyspieszyć wdrażanie wielu najnowocześniejszych urządzeń do pojawiających się zastosowań komercyjnych” — powiedział naukowiec z LLNL i główny autor, Francesco Fornasiero. „Aby sprostać tej potrzebie, wykazaliśmy, że cechy strukturalne jednościennych nanorurków węglowych wytwarzanych w skali płytki w systemie wzrostu zdominowanym przez dyfuzję masową gazowego prekursora węgla są niezwykle niezmienne w szerokim zakresie warunków procesu”.

Nanorurki węglowe rosnące z nanocząstek katalitycznych

Zespół naukowców odkrył, że zorientowane pionowo SWCNT zachowały bardzo wysoką jakość przy 30-krotnym zwiększeniu stężenia prekursora (początkowego węgla), a powierzchnia podłoża katalizatora od 1 cm² do 180cm², ciśnienie wzrostu od 20 do 790 Mbar i nawet 8-krotne natężenie przepływu gazu.

Naukowcy z LLNL opracowali model kinetyki, który pokazuje, że kinetykę wzrostu można przyspieszyć, stosując lżejszy gaz do kąpieli, aby wspomóc dyfuzję prekursora. Ponadto tworzenie się produktów ubocznych, które staje się coraz ważniejsze przy wyższym ciśnieniu wzrostu, można znacznie złagodzić, stosując środowisko wzrostu wolne od wodoru. Model wskazuje również, że przy odpowiednim doborze receptury wzrostu CNT i warunków dynamiki płynów można zwiększyć przepustowość produkcji 6-krotnie przy sprawności konwersji węgla powyżej 90%.

„Te prognozy modelowe, wraz z niezwykle zachowaną strukturą lasów CNT w szerokim zakresie warunków syntezy, sugerują, że reżim wzrostu ograniczony dyfuzją masową może ułatwić zachowanie pionowej wydajności urządzenia opartego na CNT podczas zwiększania skali” – powiedział Naukowiec LLNL i pierwszy autor Sei Jin Park.

Zespół doszedł do wniosku, że działanie w reżimie wzrostu, który jest ilościowo opisany przez prosty model kinetyki wzrostu CNT, może ułatwić optymalizację procesu i doprowadzić do szybszego wdrożenia najnowocześniejszych, zorientowanych pionowo zastosowań CNT.

Zastosowania obejmują akumulatory litowo-jonowe, superkondensatory, oczyszczanie wody, interfejsy termiczne, oddychające tkaniny i czujniki.

Odniesienie: „Synteza lasów SWCNT w skali płytki o wyjątkowo niezmiennych właściwościach strukturalnych w reżimie kinetycznym kontrolowanym przez dyfuzję” Sei Jin Park, Kathleen Moyer-Vanderburgh, Steven F. Buchsbaum, Eric R. Meshot, Melinda L. Jue, Kuang Jen Wu i Francesco Fornasiero, 29 września 2022 r., Carbon.
DOI: 10.1016/j.carbon.2022.09.068

Inni autorzy LLNL to Kathleen Moyer-Vanderburgh, Steven Buchsbaum, Eric Meshot, Melinda Jue i Kuang Jen Wu. Prace są finansowane przez Departament Technologii Chemicznych i Biologicznych Agencji Redukcji Zagrożeń Obronnych.

.wordads-ad-wrapper { display:none; czcionka: normalna 11px Arial, bezszeryfowa; odstępy między literami: 1px; dekoracja tekstu: brak; szerokość: 100%; margines: automatyczny 25px; wypełnienie: 0; } .wordads-tytuł-reklamy {margines-dolny: 5px; } .wordads-ad-controls { margines-górny: 5px; wyrównanie tekstu: do prawej; } .wordads-ad-controls span {kursor: wskaźnik; } .wordads-ad { width: fit-content; margines: 0 automatyczny; }