Filati Nano Filati

Molte tecnologie importanti, dagli elettrodi delle batterie e i fili superconduttori ai catalizzatori nelle celle a combustibile, si basano su materiali contenenti particelle in polvere, che possono essere difficili da gestire. Ora, in un'impresa che potrebbe semplificare la produzione di molte di queste tecnologie e potrebbe indicare la strada verso alcune nuove radicali, i ricercatori dell'Università del Texas hanno dimostrato un modo per filare i nanotubi infusi con utili materiali in polvere.

Nano telaio: I nastri di nanotubi di carbonio vengono tirati e attorcigliati per creare filati. Le quattro ragnatele qui sono larghe 5,5 centimetri.

I ricercatori hanno utilizzato il metodo per realizzare strisce di filo che funzionano come un elettrodo di batteria, altre con proprietà superconduttive e filati autopulenti.

Le polveri sono materiali funzionali molto importanti perché hanno un'area superficiale molto elevata, afferma Ray Baughman , che dirige il MacDiarmid NanoTech Institute presso l'Università del Texas a Dallas. Il problema è che le polveri senza forma sono difficili da usare.

Gli elettrodi per batterie agli ioni di litio, ad esempio, sfruttano l'elevata superficie delle polveri per ottenere una maggiore densità di stoccaggio. Ma in genere o le polveri devono essere tenute insieme da leganti che aggiungono peso e solidità, oppure devono essere sinterizzate insieme in strutture solide, i cui processi sono complicati.

Baughman afferma che la tecnologia sviluppata dal suo gruppo dovrebbe facilitare il lavoro con un'ampia gamma di materiali in polvere. Puoi prendere quasi qualsiasi polvere e creare un filato cucibile, lavorabile a maglia, annodabile e intrecciabile, dice.

I ricercatori iniziano coltivando una foresta di nanotubi di carbonio allineati verticalmente in un reattore chimico. Quindi trascinano un rullo sui nanotubi, che si separano dalla superficie e si aggrovigliano in un lungo nastro elastico, una cosiddetta rete di nanotubi. Queste reti, ha scoperto il team di Baughman, possono fungere da host per nanoparticelle e polveri. I ricercatori spruzzano la superficie della rete con la polvere e poi la attorcigliano in un filo. La polvere è confinata all'interno delle spirali del nastro di nanotubi. Quando lo lavi, quasi tutta la polvere viene trattenuta, dice. I filati risultanti possono essere dal 95 al 99 percento di polvere in peso.

Il gruppo di Baughman ha utilizzato una miscela di boro in polvere e magnesio per realizzare filati superconduttori con un semplice processo. Il processo convenzionale per realizzare fili superconduttori prevede l'imballaggio delle polveri in tubi di rame, il riscaldamento e l'estrazione di decine di volte per allungarli in fili. Ma i fili superconduttori vengono riscaldati solo una volta per ricottura delle polveri e formare un filo superconduttore.

Le polveri conservano le proprietà che le rendono così utili, dice Matteo Pasquali , professore di ingegneria chimica e biomolecolare alla Rice University, che non era coinvolto nel lavoro. Il metodo di Baughman consiste essenzialmente nel trasformare le particelle in fibre, dice. I prodotti chimici possono facilmente entrare e uscire dai nanotubi sparsi e interagire con la superficie delle particelle intrappolate all'interno.

Pasquali è a capo di un progetto alla Rice volto a realizzare fibre di nanotubi di carbonio molto dense e quindi molto resistenti e conduttive. Queste fibre di nanotubi puri potrebbero eventualmente essere utilizzate come cavi di trasmissione elettrica a bassa perdita o in materiali strutturali super resistenti. Una volta che hai una fibra, puoi tessere, metterla in un polimero [come la fibra di vetro] o fare un tessuto, dice Pasquali, che osserva che la lavorazione dei tessuti è relativamente a basso costo.

Il team di Baughman ha realizzato un tessuto di elettrodi per batterie utilizzando polveri di litio-ferro-fosfato. Il tessuto è composto per quasi il 99% di materiale attivo, quindi potrebbe essere utilizzato per realizzare batterie leggere.

E naturalmente, una volta che qualcosa può essere trasformato in un tessuto, può anche essere indossato.

Yi Cui , professore associato di scienza e ingegneria dei materiali presso la Stanford University, sta anche sviluppando dispositivi di accumulo di energia basati su tessuto. Crede che gli alimentatori indossabili potrebbero un giorno alimentare i gadget di tutti i giorni. Le qualità importanti sono il costo, il peso e la capacità di caricarsi e scaricarsi rapidamente, e gli elettrodi tessili sembrano essere ideali sotto questi aspetti. Ma è improbabile che si adattino bene alle applicazioni che richiedono un'elevata capacità di accumulo di energia totale, come le batterie per le auto elettriche.

I ricercatori dell'Università del Texas intendono portare il progetto in diverse direzioni. Oltre a testare diverse polveri, stanno sperimentando diversi modi per depositarle.

Un giorno, i filati potrebbero essere utilizzati per produrre grandi quantità di materiale per la produzione strutturale. In questo momento è più sensato parlare di batterie, non di ali di aeroplano, a causa del tonnellaggio [di materiali] richiesto, afferma Baughman. Il suo gruppo sta lavorando con alcune aziende per sviluppare ulteriormente i filati, incluso il produttore di prodotti chimici Lintech e produttore tessile di nanotubi di carbonio Nanocomp .

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