Nanotechnologen van de Universiteit van Texas in Dallas hebben een breed inzetbare technologie uitgevonden voor het produceren van weefbare, breibaar, naaibaar, en knoopbare garens die tot 95 gewichtsprocent van anders onspinbare gastpoeders en nanovezels bevatten. Een minieme hoeveelheid gastheer koolstof nanobuis web, die lichter kan zijn dan lucht en sterker pound-per-pound dan staal, beperkt gastdeeltjes in de gangen van sterk geleidende scrolls zonder de gastfunctionaliteit te verstoren voor toepassingen als energieopslag, energie conversie, en energiewinning.

Met behulp van conventionele technologie, poeders worden ofwel bij elkaar gehouden in een garen met behulp van een polymeerbindmiddel of verwerkt op vezeloppervlakken, en beide benaderingen kunnen de poederconcentratie beperken, poedertoegankelijkheid voor garenfunctionaliteit, of de sterkte die nodig is voor garenverwerking tot textiel en daaropvolgende toepassingen.

In het nummer van 7 januari van het tijdschrift Wetenschap , coauteurs van het Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute van UT Dallas beschrijven het gebruik van biscrolling om deze problemen op te lossen, en demonstreren de haalbaarheid van het gebruik van hun biscrolled-garens voor toepassingen variërend van supergeleidende kabels en elektronisch textiel tot batterijen en brandstofcellen die flexibel geweven elektroden bevatten.

Biscrolled-garens danken hun naam aan de manier waarop ze worden geproduceerd:een uniforme laag gastmateriaal wordt afgezet op een web van koolstofnanobuisjes, die de gastheer wordt genoemd. Deze dubbellaagse gast/gastheer-stapel wordt vervolgens gedraaid om een ​​dubbelgevouwen garen te vormen. Afhankelijk van eindbeperkingen en de symmetrie van toegepaste spanningen, twist insertion resulteert in vervormde versies van Archimedische, dubbele Archimedische, of Fermat-rollen, die driedimensionale uitbreidingen zijn van de Archimedische en Fermat-spiralen en spiraalcombinaties die in de natuur worden gevonden en al duizenden jaren door verschillende culturen worden vereerd.

De koolstof nanobuisjes die de uitvinders gebruikten voor het biscrollen zijn geen gewone koolstof nanobuisjes - ze kunnen met een snelheid van maximaal twee meter per seconde uit bossen van koolstof nanobuisjes getrokken worden. die eruitzien als bamboebossen waarin bamboebomen met een diameter van 2 inch een mijl de lucht in rijzen. Vier ons van deze platen zouden een hectare beslaan en ze zijn ongeveer 50 nm dik wanneer ze verdicht zijn. dat is ongeveer duizend keer dunner dan een mensenhaar of een vel gewoon papier.

Deze sterke weefsels van koolstofnanobuisjes houden dubbelgevouwen garens bij elkaar die meestal poeders zijn en maken zelfs machinewas mogelijk van textiel dat dubbelgevouwen garens bevat zonder noemenswaardig poederverlies. De dunheid van het web betekent dat honderden krullagen kunnen worden ondergebracht in een dubbel gerold garen met ongeveer de diameter van een mensenhaar. Tegelijkertijd, het nanobuisje zorgt voor elektrische geleidbaarheid van het garen, en de porositeit die nodig is voor toegang van de deeltjes die in de gangen van het web zijn opgesloten tot vloeistoffen en gassen voor elektrochemische en sensortoepassingen.

De keuze van de gast bepaalt de functionaliteit van biscrolled garens. Gebruik als gast tot 95 gewichtsprocent LiFePO¬¬4¬, een opmerkelijk materiaal voor lithium-ionbatterijen, hoogwaardige lithium-ionbatterij-elektroden werden gedemonstreerd door UT Dallas-onderzoekers, en waarvan is aangetoond dat het de batterijprestaties heeft, flexibiliteit en mechanische robuustheid die nodig zijn voor verwerking in kleding die energie opslaat en energie opwekt. Biscrolling stikstof-gedoteerde koolstof nanobuis gast leverde zeer katalytische brandstofcel kathoden voor chemische opwekking van elektrische energie, die de noodzaak van dure platinakatalysatoren vermijden. Door een mengsel van magnesium- en boorpoeders te biscrollen en thermisch te behandelen, supergeleidende MgB2-garens werden geproduceerd, waardoor de dertig of meer trekstappen die werden gebruikt voor conventionele productie van supergeleidende draden, werden geëlimineerd. Met behulp van fotokatalytische titaandioxide gast, dubbelgerolde garens voor zelfreinigende stoffen werden verkregen.

"De biscrolling-technologie van UT Dallas is rijk aan toepassingsmogelijkheden die veel verder gaan dan die we beschreven in Wetenschap tijdschrift. Bijvoorbeeld, onze medewerker Professor Seon Jeong Kim van de Hanyang University in Korea heeft al biscrolled garen gebruikt om verbeterde biobrandstofcellen te maken die uiteindelijk kunnen worden gebruikt om medische implantaten van stroom te voorzien, " zei de corresponderende auteur van het artikel, Dr. Ray H. Baughman, Robert A. Welch Professor in de chemie en directeur van het NanoTech Institute van de UTD. "Ik ben vooral trots op twee van onze voormalige NanoExplorer middelbare scholieren, Carter Haines en Stephanie Stoughton, die niet-gegradueerde co-auteurs zijn van zowel ons artikel in het tijdschrift Science als onze internationaal ingediende octrooiaanvraag over biscrolling."