鋼鐵人裝甲能問世?美國空軍與科學家計劃開發奈米碳管動力裝

作者 | 發布日期 2018 年 07 月 16 日 11:48 | 分類 奈米 , 尖端科技 , 材料 follow us in feedly

美國萊特─派特森空軍基地(Wright-Patterson Air Force Base)實驗室正與辛辛納提大學工程師合作,欲開發可直接為電子設備充電的全新動力裝,就像鋼鐵人身上那套神奇裝甲。



奈米碳管(Carbon nanotube,縮寫 CNT)是地球最黑的物體,吸收高達 99.9% 可見光,具超常強度、熱導率、磁阻特性,管子半徑極細,幾萬根奈米碳管併起來只有一根頭髮寬。

科學家相信,奈米碳管將為製造業帶來「碳復興」時代,能取代汽車或飛機銅線,減輕重量並提高燃油效率;也能應用在廢水過濾或生物感測器新技術;還能取代聚酯與其他合成纖維,在過去,製造業為金屬材料主導,但未來,奈米碳管將在許多應用取代金屬。

透過一種稱為化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)技術,研究人員幾乎可從任何含碳物質生出奈米管,甚至萊斯大學科學家曾從一盒市售餅乾 Girl Scout Cookies 製出價值 150 億美元的石墨烯,當時論文發表在《ACS Nano》。

化學氣相沉積為一種產生高純度、高效能固態材料的化學技術,半導體產業使用此技術生長薄膜。典型 CVD 製程是將晶圓(基底)暴露在一種或多種不同前趨物下,在基底表面發生化學反應或化學分解來產生欲沉積的薄膜,反應過程通常伴隨產生副產品,但大多隨著氣流被帶走,不會留在反應腔(reaction chamber)中。

現在,美國空軍與辛辛納提大學團隊在真空實驗室裡,利用化學氣相沉積法從矽晶一角「生長」出奈米管;接著,團隊利用線軸拉伸這塊微小碳片,將碳管拉成類似蜘蛛絲的紡線,最近撰寫的論文旨在描述如何提高奈米碳管乾式紡絲(dry-spun)纖維的拉伸強度,發表在《Materials Research Success》期刊。

當奈米碳管有如紡織物能任意拉伸,新型態儲能設備(比如超級電容器、電池)、感測器似乎也應運而生,對軍方來說,士兵身背為探照燈、通訊設備供電的重型電池或許可削減一些重量。

研究人員正在開發大量相關技術,主要目標包括利用奈米碳管纖維儲存能量的鋼鐵人裝甲服。不過以現有技術而言,要大規模使用的話成本仍相當高昂;此外,雖然在實驗室成功拉出奈米碳管纖維,但還不足以製造飛機機翼或飛行服,團隊目前只能在實驗室拉出 50 碼長的奈米碳管纖維。

但無論如何,奈米碳管最大優點就是不缺材料,生產過程只需一種金屬催化劑,我們可以使用鐵或鎳,隨著技術精進,大量製程或許只是時間問題。

(首圖來源:辛辛納提大學