碳纳米管再现技术颠覆

  在碳纳米的世界，新一轮的革新正在全球范围内掀起。

  如果导电能力改善，英国科学家新发明的一种碳制导线将成为铜线的强劲竞争对手。

  而美国和日本科学家则令碳纳米分子首次有了卷曲的结构。

  无论是强度还是长度，碳纳米材料正在不断突破边界，衍生出无限可能。

  ⊙记者 王宙洁 ○编辑 龚维松

  来自美国波士顿学院和日本名古屋大学的化学家们日前合成了世界第一款带有卷曲特质的碳纳米分子，《自然·化学》杂志网络版本周报道称，这种新型材料由许多卷曲的石墨烯个体组成，包含80个碳原子排列成环状，边缘则是30个氢原子。研究人员加入了五角形和七角形的碳分子，从而形成了弯曲结构，并将这种碳纳米分子命名为“卷曲纳米石墨烯”。

  从形态到用途 性能大战一触即发

  这种新材料的碳分子之间大量的微小空间，令其易于溶解到有机溶剂中，便于应用在电子基板等材料上，从而帮助制造太阳能电池和电子元件等，此外还有望用于医疗等领域。

  直到最近，科学家们才确认只有两种形式的物质是由纯碳组成的，分别是钻石和石墨烯。而石墨烯则被视为是一种革命性的纳米材料。

  而来自英国剑桥大学的研究人员近日表示，首次研制出厚度仅为一毫米的超强韧的碳线。在一个像棉花糖机那样微小的熔炉中用超过1000摄氏度的高温离心浇铸，便是这种材料产生的方式。

  剑桥大学材料科学和冶金部门的研究人员表示，虽然这项技术的商业应用还需时日，但是“我们的目标是打败铜”。代表着世界上超过半数铜生产商的国际铜业协会则预计，如果技术水平得以提高，这种“超级导线”要实现大规模生产也还需要十年左右的时间。

  这种由碳纳米管制成的导线重量是铜的十分之一，但强度却达到30倍。此外，研究人员还找到了将碳纳米管与金属焊接在一起的方法。

  研究人员称，与铜线相比，碳纳米管目前最大的劣势是其导电性。但纯碳纳米管制成的导线有着更多立竿见影的作用，因为他们比铜更具韧性。例如用于机器人手臂或飞机、汽车上活动部件的连接。

  此外，如果这种导线被用于常规的系统，可能使得汽车更节省油耗。铜线被用于电气系统，这是因为其成熟的使用历史及良好的导电性能。然而，在现代系统中，伴随功能性需求的增加，导线的缺陷变得越发明显。

  举例来说，一个重达15吨或以上的卫星设备，其中三分之一的重量可能就源自于铜导线。这种问题同样存在于波音飞机中，波音747客机使用了长达135英里的铜线，重量超过2吨。此外，铜线还存在易于氧化和被腐蚀的缺陷，容易因过热而产生振动疲劳并导致电子故障。

  从长度到韧性 小小分子蕴藏大商机

  与此同时，对于碳纳米材料导热性及导电性的探索在不断延伸。日本帝人公司今年初宣布，旗下从事纤维生产及销售的子公司与美国莱斯大学等共同开发出了导热性和导电性出色的100%碳纳米管纤维。在相同质量的情况下，此类纤维的导电性与铜及金等金属丝为同等水平，导热性大幅超过金属丝，与石墨纤维相当。

  而数年前，加州斯坦福大学科研人员便已经成功将涂有由银和碳纳米材料制成的墨水的纸张转变为了“纸电池”，为轻型、高效的新型能源存储带来希望。

  还有报道称，近日，美国莱斯大学的研究人员用大块的氧化石墨烯薄片为基本原材料，“纺织”出了强韧的碳纤维，当承受拉力时，其打结处与纤维的其他部分一样不易被拉断，轻型飞机、防弹衣面料等都可以用这种碳纤维来制造以增加强度。

  日本新日铁住金化学今年6月表示，通过与日本分子科学研究所的名誉教授西信之的共同研究，开发出了一种多孔质的碳材料。这种多孔碳纳米树状体的材料拥有被石墨烯片分隔成细孔的纳米树状体结构。

  据日本媒体报道，由于拥有源于树状结构的空间构造，因此具有很高的气液扩散性。而且，这种材料的导电性和耐久性也很出色，有望用作多种电池材料、催化剂载体及气体吸收材料等。

  而在中国，最近有消息称，清华大学的科研团队已经成功制备出单根长度达半米以上的碳纳米管，创造了新世界纪录。