碳纳米管电缆跨越新里程碑-北极星电线电缆网

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电子穿过单个纳米管时非常快，但电流会慢下来，因为电子必须从一个纳米管跳到另一个纳米管。

这是第一次，研究人员制成的碳纳米管电缆，可承载电流和铜线一样多。这些纳米管电缆有助于把更多的可再生能源输送到更远的电网，可提供轻型电线，用于更省油的车辆和飞机，而且可以在低功耗计算机芯片上做连接。赖斯大学（RiceUniversity）的研究人员现在已经展示了实用系统中的碳纳米管电缆，而且正在设计生产线，用于商业化生产。

制备轻便高效的碳纳米管电线，而且和铜一样导电，自从20世纪80年代以来，这就是纳米技术专家的一个目标。单个碳纳米管是纳米级中空纯碳管，机械上很强，而且导电性比铜高一个数量级。但是，除非碳纳米管就这样放在一起，否则，用它们制成的较大结构并不具有单个管的这种极致属性。

多年在实验室里摆弄，为的是找到合适的装配技术和配料，这使研究人员最终制成了和铜电缆一样好的碳纳米管电缆，这些研究人员的领导是赖斯大学材料科学教授普利科尔•阿杰安（PulickelAjayan）和恩里克•巴雷拉（EnriqueBarrera）。这个小组的纳米电缆所拥有的一系列属性，迄今为止都是前所未有的。它们在力学上很强，而且柔性也足够好，可以打结或织成长线。这种材料每平方厘米可承载约10万安培的电流，数量和铜线相同，但重量只有六分之一那么多。它们优于铜的一个度量标准，就是所谓的电流密度，这意味着，它们应能把更多的电传输更长的距离，不会使能量散失为热，这个问题影响着今天的电网，乃至计算机芯片。而且，因为它们是碳制成，不是金属制成，所以不腐蚀。

碳纳米管会有不同的导电性，长度和层数。赖斯大学研究小组发现，效果最好的是比较长的双壁碳纳米管，是由北京清华大学的合作者提供。电子穿过单个纳米管时非常快，但电流会慢下来，因为电子必须从一个纳米管跳到另一个纳米管。在给定长度的导线中，纳米管越长，这些电子所必须进行的跳跃就越少。

制备纳米电缆的工艺，始于一块双壁纳米管，这种纳米管已经过处理，除去了杂质。研究人员把硫酸添加到纳米管上，这样它们就可以摊开形成薄膜。然后，他们用镊子夹住薄膜的边缘，开始制成纤维，用稳定的力量抽拉，以产生很长的线缆，类似于纺毛纱时抽拉和捻羊毛那样。他们冲洗掉电缆中的酸，使电缆暴露在高温碘蒸气中。碘会渗透电缆中的纳米管，提高电缆的电导率，而不损害其机械性能。赖斯大学小组表明，电缆打结接在一起，制成更大的长度，不影响电导率。

为了证明这样制成的电缆可以传输标准电压，他们使用一根电缆，把一个荧光灯泡连接到墙壁电源插座，使灯泡亮了数天。这项工作在网上描述过，就在杂志《自然科学报告》（NatureScientificReports）上。

纳米电缆：这种电缆用碳纳米管制成，可以承载的电流和铜线一样多。来源：麻省理工科技创业

“这是一个确实的证据，说明这些材料正在变得多么成熟，他们能够测量的电导率现在超过了普通金属，”迈克尔•斯特拉诺（MichaelStrano）说，他是麻省理工学院（MIT）化学工程教授，没有参与这项工作。他说，超越金属，“就代表了一个里程碑。”

“这是非常令人兴奋的，尤其是考虑到，极其重要的是，可以减轻飞机和汽车中（电器）电缆的重量，提高燃料效率，”雷伊•鲍曼（RayBaughman）说，他是得克萨斯大学达拉斯分校（UniversityofTexasatDallas）纳米技术研究所（NanoTechInstitute）主任和化学教授。鲍曼没有参与这项研究。

航空业巨头波音公司是支持赖斯大学研究小组的公司之一。其他合作者和支持者包括雪佛龙公司（Chevron），美国能源部和美国休斯顿（Houston）纳立脊材料公司（NanoRidgeMaterials）。

“我们的目标是制作一种工程产品，”赖斯大学巴雷拉说。“我们相信，我们已经能够做的，可升级为连续生产方法。”这一小组已筹划好如何在生产线上做到这一点，目前正在探讨与一些公司的商业化，但他们都没有透露任何交易。

虽然现在电缆已经足够好，可以开始认真考虑商业应用，但是，阿杰安想把它们做得更好。阿杰安注意到，到目前为止，他们只测试了双壁电缆承载直流电的能力，这类电来自墙壁插座，用于飞机上的短距离输电，这是举个例子。采用交变电流的形式，电力可以进行长距离传输。阿杰安说，一个单独的目标是使这些电缆甚至比铜更导电。有一种方式做到这一点，就是使用单壁碳纳米管制成可用的电缆，这在实际上会更导电，但一直很难纺成纤维。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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