Carbon Nanotubes Could Revolutionize Everything From Batteries And Water Purifiers To Auto Parts And Sporting Goods: Update From Lawrence Livermore National Laboratory

เผยแพร่ซ้ำโดยเพลโต

ผู้ติดตาม: 0

ท่อนาโนคาร์บอนที่เรียงตัวในแนวตั้งเติบโตจากอนุภาคนาโนตัวเร่งปฏิกิริยา (สีทอง) บนเวเฟอร์ซิลิคอนที่อยู่ด้านบนของขั้นตอนการให้ความร้อน (เรืองแสงสีแดง) การแพร่ของอะเซทิลีน (โมเลกุลสีดำ) ผ่านเฟสก๊าซไปยังไซต์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะเป็นตัวกำหนดอัตราการเติบโตในเครื่องปฏิกรณ์แบบฝักบัวผนังเย็น เครดิต: รูปภาพโดย Adam Samuel Connell/LLNL

นักวิทยาศาสตร์ที่ ห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence Livermore (LLNL) ของกระทรวงพลังงาน กำลังขยายการผลิตของ ท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว (SWCNT) ในแนวตั้ง วัสดุที่น่าทึ่งนี้สามารถ ปฏิวัติผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ที่หลากหลาย ตั้งแต่แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้ สินค้ากีฬา และชิ้นส่วนยานยนต์ ไปจนถึงตัวเรือและเครื่องกรองน้ำ การวิจัยได้รับการเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้ในวารสาร คาร์บอน.

การผลิตท่อนาโนคาร์บอน (CNT) ส่วนใหญ่ในปัจจุบันเป็นสถาปัตยกรรม CNT ที่ไม่เป็นระเบียบซึ่งใช้ในวัสดุผสมจำนวนมากและฟิล์มบาง อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานจำนวนมาก สถาปัตยกรรม CNT ที่จัดระเบียบ เช่น ป่าไม้ในแนวตั้ง ให้ข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของ CNT แต่ละตัวในระบบขนาดใหญ่

Francesco Fornasiero นักวิทยาศาสตร์และผู้เขียนนำของ LLNL กล่าวว่า "การสังเคราะห์ที่แข็งแกร่งของท่อนาโนคาร์บอนที่วางแนวตั้งในแนวตั้งในปริมาณมากเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเร่งการปรับใช้อุปกรณ์ล้ำสมัยจำนวนมากเพื่อการใช้งานเชิงพาณิชย์ที่เกิดขึ้นใหม่" "เพื่อตอบสนองความต้องการนี้ เราได้แสดงให้เห็นว่าลักษณะโครงสร้างของ CNT ที่มีผนังชั้นเดียวที่ผลิตในระดับเวเฟอร์ในระบบการเจริญเติบโตที่ถูกครอบงำโดยการแพร่กระจายจำนวนมากของสารตั้งต้นของก๊าซคาร์บอนนั้นไม่แปรเปลี่ยนอย่างน่าทึ่งในสภาวะของกระบวนการที่หลากหลาย"

คาร์บอน-ท่อนาโน-การเติบโต-จาก-ตัวเร่งปฏิกิริยา-อนุภาคนาโน

ทีมนักวิจัยค้นพบว่า SWCNT ในแนวตั้งยังคงรักษาคุณภาพไว้ได้สูงมากเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น (คาร์บอนตั้งต้น) ถึง 30 เท่า พื้นที่ตั้งต้นของตัวเร่งปฏิกิริยาตั้งแต่ 1 ซม.² ถึง 180 ซม²ความดันการเติบโตจาก 20 ถึง 790 Mbar และอัตราการไหลของก๊าซสูงถึง 8 เท่า

นักวิทยาศาสตร์ของ LLNL ได้รับแบบจำลองจลนพลศาสตร์ที่แสดงให้เห็นว่าจลนพลศาสตร์การเจริญเติบโตสามารถเร่งได้โดยใช้ก๊าซอาบน้ำที่เบากว่าเพื่อช่วยในการแพร่กระจายของสารตั้งต้น นอกจากนี้ การสร้างผลพลอยได้ซึ่งมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อความดันในการเจริญเติบโตสูงขึ้น อาจลดลงได้อย่างมากโดยใช้สภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตที่ปราศจากไฮโดรเจน แบบจำลองยังบ่งชี้ว่าปริมาณงานการผลิตสามารถเพิ่มได้ 6 เท่าโดยมีประสิทธิภาพการแปลงคาร์บอนสูงกว่า 90% ด้วยตัวเลือกที่เหมาะสมของสูตรการเจริญเติบโตของ CNT และเงื่อนไขไดนามิกส์ของไหล

"การคาดการณ์แบบจำลองเหล่านี้ พร้อมด้วยโครงสร้างที่อนุรักษ์อย่างน่าทึ่งของป่า CNT ในสภาพการสังเคราะห์ที่หลากหลาย ชี้ให้เห็นว่าระบอบการเติบโตที่จำกัดการแพร่กระจายจำนวนมากอาจช่วยอำนวยความสะดวกในการเก็บรักษาประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้ CNT ในแนวตั้งในระหว่างการเพิ่มขนาด" กล่าว นักวิทยาศาสตร์ LLNL และผู้แต่งคนแรก Sei Jin Park

ทีมงานสรุปได้ว่าการดำเนินงานในระบอบการเติบโตที่อธิบายเชิงปริมาณด้วยแบบจำลองจลนพลศาสตร์การเติบโตของ CNT อย่างง่ายสามารถอำนวยความสะดวกในการปรับกระบวนการให้เหมาะสมและนำไปสู่การปรับใช้แอปพลิเคชัน CNT ในแนวดิ่งที่ทันสมัยอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้น

การใช้งานรวมถึงแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์ การทำน้ำให้บริสุทธิ์ อินเทอร์เฟซในการระบายความร้อน ผ้าระบายอากาศ และเซ็นเซอร์

เอกสารอ้างอิง: “การสังเคราะห์ป่า SWCNT ขนาดเวเฟอร์ที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่ไม่แปรเปลี่ยนอย่างน่าทึ่งในระบบจลนพลศาสตร์ที่ควบคุมการแพร่กระจายจำนวนมาก” โดย Sei Jin Park, Kathleen Moyer-Vanderburgh, Steven F. Buchsbaum, Eric R. Meshot, Melinda L. Jue, Kuang Jen Wu และ Francesco Fornasiero, 29 กันยายน 2022, Carbon
ดอย: 10.1016/j.carbon.2022.09.068

ผู้เขียน LLNL คนอื่นๆ ได้แก่ Kathleen Moyer-Vanderburgh, Steven Buchsbaum, Eric Meshot, Melinda Jue และ Kuang Jen Wu งานนี้ได้รับทุนสนับสนุนจากแผนกเทคโนโลยีเคมีและชีวภาพของหน่วยงานลดภัยคุกคามด้านการป้องกัน

.wordads-ad-wrapper { แสดง: ไม่มี; แบบอักษร: ปกติ 11px Arial, sans-serif; ระยะห่างตัวอักษร: 1px; การตกแต่งข้อความ: ไม่มี; ความกว้าง: 100%; ขอบ: อัตโนมัติ 25px; ช่องว่างภายใน: 0; } .wordads-ad-title { ขอบด้านล่าง: 5px; } .wordads-ad-controls { ขอบด้านบน: 5px; จัดข้อความ: ขวา; } .wordads-ad-controls span { เคอร์เซอร์: ตัวชี้; } .wordads-ad { ความกว้าง: พอดีเนื้อหา; ขอบ: 0 อัตโนมัติ; }