納米技術(shù)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種能夠在一根輕質(zhì)銅線中同時(shí)傳輸和儲(chǔ)存電量的方法。聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的情節(jié),但由于技術(shù)上的突破,這將可能變成現(xiàn)實(shí)。
Figure 1圖片來(lái)源:Z. Yu & J. Thomas Adv. Mater. http://dx.doi.org/10.1002/adma.201400440 (2014)
想象一下,在你的夾克面料中可隨身攜帶為你的MP3播放器、智能機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)充電所需的所有電能?
聽(tīng)起來(lái)像是科幻小說(shuō)里的情節(jié),但中佛羅里達(dá)大學(xué)(Universityof Central Florida)一間實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出的突破性技術(shù),使之可能成為現(xiàn)實(shí)。
到目前為止,電纜僅僅被用于電力傳輸。然而,納米技術(shù)科學(xué)家JayanThomos和他的博士研究生余澤南已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種能夠在一根輕質(zhì)銅線中同時(shí)傳輸并存儲(chǔ)電量的方法。
他們的工作將是材料科學(xué)雜志《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)6月30日那期封面故事的焦點(diǎn),最新一期的《自然》雜志也已經(jīng)發(fā)表了關(guān)于此項(xiàng)技術(shù)的評(píng)述。
“這是一個(gè)有趣的想法,當(dāng)我們將之付諸實(shí)踐并開(kāi)始談?wù)撨@項(xiàng)技術(shù)時(shí),所有人都說(shuō)‘嗯,出人意料,這太獨(dú)特了?!?,Thomas教授這樣說(shuō)道。
Thomas教授介紹說(shuō)銅線只是起點(diǎn),最終隨著技術(shù)的改善,特種纖維也將被開(kāi)發(fā)出特殊納米結(jié)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電并存儲(chǔ)電能。
更直接的應(yīng)用將在電動(dòng)汽車(chē)、太空運(yùn)載火箭和便攜電子設(shè)備的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)中體現(xiàn)出來(lái)。由于能夠在同一根導(dǎo)線中存儲(chǔ)和傳輸能量,笨重且占空間的電池或?qū)⑦^(guò)時(shí)。這將進(jìn)一步使電子設(shè)備小型化,或?qū)⒅坝糜陔姵氐目臻g用作他用。以太空運(yùn)載火箭為例,這有希望減輕負(fù)載,降低發(fā)射成本,Thomas教授說(shuō)道。
Thomas教授和他的團(tuán)隊(duì)在一根銅線上開(kāi)始他們的工作。他們首先在銅線外表面生長(zhǎng)了一層納米晶須。接著他們用一種特殊合金處理晶須并制作出一個(gè)電極。由于需要兩個(gè)電極才能形成大量的電能存儲(chǔ),所以他們要出一種方法來(lái)加工第二個(gè)電極。
他們給銅線晶須層的外面覆蓋上很薄的塑料層,然后再另外在一層金屬包層內(nèi)側(cè)生長(zhǎng)晶須(第二個(gè)電極和外包層),然后把內(nèi)側(cè)有晶須的金屬包層包裹在銅線上。這些層由一種特殊膠粘合在一起。由于納米晶須層是絕緣的,因此內(nèi)部銅線仍保留傳輸電力的能力,而銅線周?chē)膶用婵瑟?dú)立存儲(chǔ)大量電能。
換言之,Thomas教授及其團(tuán)隊(duì)在銅線外圍創(chuàng)建了一個(gè)超級(jí)電容器。而超級(jí)電容器可存儲(chǔ)大量電能,比如大到能夠?yàn)槠?chē)和重型建筑設(shè)備提供動(dòng)力的電量。
Thomas說(shuō)盡管仍有大量工作要做,但這一技術(shù)將能轉(zhuǎn)移到其他材料上,催生出經(jīng)特殊處理的制衣纖維,其所存儲(chǔ)的電能足夠完成許多大型任務(wù)。例如,如果將柔性太陽(yáng)能電池和此類(lèi)纖維串聯(lián)制成夾克,便可以獨(dú)立為電子小器件和其他設(shè)備提供動(dòng)力。
Thomas教授說(shuō)道:“這非常令人興奮,我們一步步將其實(shí)現(xiàn)。我喜歡每天趕到實(shí)驗(yàn)室,看看接下來(lái)我們能實(shí)現(xiàn)什么。有時(shí)也會(huì)不盡人意,但即使是失敗也教會(huì)我們很多東西?!?/div>
余澤南是此項(xiàng)工作的合作者。他在Thomas教授的納米能量光電組工作。該研究組的研究工作主要集中在納米結(jié)構(gòu)超級(jí)電容器及鋰電池、納米結(jié)構(gòu)光陷阱太陽(yáng)能電池、3D顯示應(yīng)用光折變聚合物以及非線性光學(xué)材料等方面。(作者:中佛羅里達(dá)大學(xué) 翻譯:禾斗 審稿:張哲 易逸度)
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