Nội dung bài viết
Mặc dù vật liệu này xuống cấp theo thời gian nhưng nó có thể chỉ ra những vật liệu tốt hơn. Ngay sau khi được phát hiện, ống nano carbon dường như là một kỳ quan vật chất.
Có dạng kim loại và bán dẫn; chúng rất nhỏ và nhẹ đến khó tin; và chúng chỉ có thể bị phá vỡ bằng cách xé nát các liên kết hóa học. Ý tưởng sử dụng chúng dường như vô tận.
Nhưng rồi thực tế làm việc với họ bắt đầu xuất hiện. Thật khó để có được một tập hợp thuần túy các dạng kim loại hoặc bán dẫn.
Các kỹ thuật tổng hợp có xu hướng tạo ra một mớ ống nano chủ yếu là ngắn; những cái kéo dài hơn vài cm vẫn còn hiếm. Và trong khi phiên bản kim loại có ít khả năng cản dòng điện mang theo thì rất khó để gửi nhiều electron xuống ống nano.
Tuy nhiên, các nhà khoa học vật liệu là một nhóm cứng đầu và họ vẫn đang cố gắng để chúng hoạt động. Số tạp chí Khoa học ngày nay có bài viết mô tả việc bổ sung một loại hóa chất vào các bó ống nano carbon để tăng khả năng mang dòng điện đến mức gần hơn với mức của đồng.
Mặc dù các ống nano dẫn điện cao hơn không ổn định nhưng phát hiện này có thể hướng tới một thứ gì đó có thời hạn sử dụng lâu hơn. Ống nano carbon có nhiều dạng khác nhau.
TÔI Trong trường hợp ống nano vách đơn, bạn có thể hình dung chúng giống như lấy một tấm graphene, cuộn nó thành một vòng tròn và liên kết hai đầu đối diện mà bạn vừa nối lại với nhau. Đây cũng có thể là đường kính khác nhau.
Ngoài ra còn có các ống nano carbon đa thành, trong đó ống nano thứ hai (và có thể là thứ ba, và có thể hơn thế nữa) được quấn quanh ống nano thứ nhất. Khi ở dạng kim loại, chúng có ít lực cản đối với dòng điện tử dọc theo ống nano.
Tuy nhiên, vì hầu hết các electron của chúng bị ràng buộc trong liên kết hóa học cần thiết để tạo thành ống nano nên không có nhiều electron để mang dòng điện.
Vì vậy, rất nhiều người đã thử phát triển các chất pha tạp—các hóa chất có thể được trộn với số lượng nhỏ để làm thay đổi đặc tính của vật liệu khối.
Trong trường hợp này, mục tiêu là tìm ra các hóa chất có thể đóng vai trò là chất cho điện tử, bổ sung vào lượng dòng điện có khả năng được truyền xuống ống nano. Rõ ràng, các ống nano biệt lập thực sự không thể có chất tạp chất vì chúng khá khép kín.
Nhưng nhóm đằng sau công trình mới, có trụ sở tại Tây Ban Nha, đang nghiên cứu các sợi ống nano số lượng lớn, là hỗn hợp của các ống nano có độ dài khác nhau được bó lại thành một sợi lớn hơn, với hầu hết các thành phần riêng lẻ. ống nano kép định hướng dọc theo trục dài của sợi.
Trong trường hợp này, sợi được làm từ ống nano hai thành, nhờ cấu trúc bên trong của nó khá nhất quán. Bạn có thể hình dung không gian bên trong của những sợi này giống như những gì bạn sẽ nhận được nếu bạn đóng gói các vật thể hình cầu vào một chiếc hộp.
Ngay cả trong cách sắp xếp đóng gói hiệu quả nhất, vẫn sẽ có khoảng cách giữa các lĩnh vực lân cận. Theo cách tương tự, những sợi này có không gian bên trong có thể cho phép các hóa chất bổ sung được đưa vào bên trong sợi.
Bản thân sợi ống nano đến từ một nhà cung cấp thương mại. Để khử các sợi này, các nhà nghiên cứu quyết định sử dụng tetrachloroaluminate, hay AlCl 4 –, một phân tử tích điện có nhiều electron dự phòng.
Để đưa nó vào khoảng trống giữa các ống nano, họ đã sử dụng hơi gồm nhôm triclorua cộng với nguồn clo bổ sung. Chất này tự thấm vào các sợi và tạo thành tetrachloroaluminate tích điện tại chỗ.
Một phần lớn của bài báo chỉ đơn giản bao gồm hình ảnh và quang phổ xác nhận hóa chất dự kiến có mặt trong khoảng trống giữa các ống nano.
Ngoài ra còn có khá nhiều mô hình sử dụng lý thuyết hàm mật độ để xác nhận rằng người ta hy vọng rằng chất pha tạp sunfat sẽ tạo ra thêm các electron để mang dòng điện.
Nhìn chung, họ ước tính rằng vật liệu thu được có công thức hóa học là C 39 AlCl 4 và những thay đổi hóa học xảy ra mà không làm thay đổi kích thước vật lý của sợi. Kết quả thú vị xuất hiện khi các nhà nghiên cứu bắt đầu xem xét khả năng mang dòng điện của vật liệu.
Việc pha tạp chất liệu nhôm đã tăng độ dẫn điện trung bình lên gấp 10 lần. Con số này cao gần bằng bất kỳ chất pha tạp nào được thử nghiệm trước đây đạt được.
Loại sợi riêng lẻ cao nhất mà họ thử nghiệm cho thấy mức cải thiện này tăng lên hơn 15 lần và có độ dẫn điện khoảng 70% so với nhôm (điều này khiến nó kém hơn một nửa so với đồng một chút). Tuy nhiên, đặc điểm chính của điều này là doping không tăng thêm khối lượng cho loại vật liệu rất nhẹ ban đầu.
Vì vậy, chuẩn hóa theo mật độ, sợi ống nano carbon pha tạp thực sự hoạt động tốt hơn đồng. Điều này nghe có vẻ giống như một tiêu chuẩn nhân tạo, nhưng nó thực sự có thể quan trọng trong các ứng dụng mà không gian không phải là vấn đề đáng lo ngại và/hoặc trọng lượng.
Vì vậy, nếu bạn có thể chịu được độ dày của hệ thống dây điện lớn hơn gấp đôi một chút thì bạn chỉ cần sử dụng sợi ống nano dày hơn là một lựa chọn. hơn dây đồng mà bạn cần.
Một ứng dụng khác có thể là đường truyền công suất cao, trong đó việc đạt được hiệu suất tương tự nhưng trọng lượng thấp hơn có thể tiết kiệm tiền cho các tháp hỗ trợ cần thiết. Liên quan đến ứng dụng cuối cùng này, việc pha tạp không làm thay đổi độ bền của sợi ống nano carbon (rất bền).
Chúng có độ bền kéo cao hơn đồng hoặc nhôm và gần với thép hơn. Tuy nhiên, trước khi bạn vội vàng đầu tư vào tương lai ống nano carbon, có một vấn đề lớn: Tetrachloroaluminate không ổn định trong điều kiện môi trường bình thường vì nó sẽ phản ứng với các phân tử nước trong không khí.
Các nhà nghiên cứu có thể kéo dài tuổi thọ hữu ích của nó bằng cách bọc các sợi trong một lớp phủ polymer, nhưng nó vẫn có tuổi thọ được tính bằng tuần thay vì hàng thập kỷ mà chúng ta muốn thấy. Điều đó không có nghĩa là nghiên cứu này là vô ích.
Nó thể hiện rõ ràng tiềm năng của những vật liệu này nếu giá sợi ống nano carbon có thể giảm xuống.
Nó đã xác định được các đặc điểm cấu trúc và hóa học của chất dopant có hiệu quả cao giúp tăng cường độ dẫn điện, điều này cuối cùng có thể cho phép chúng ta xác định một hóa chất tương tự nhưng ổn định hơn để thay thế nó. Khoa học, 202 6.
DOI: 10.1126/science.aeb0673 (Giới thiệu về DOI). Ars Technica đã tách tín hiệu khỏi tiếng ồn trong hơn 25 năm.
Với sự kết hợp độc đáo giữa hiểu biết về kỹ thuật và mối quan tâm sâu rộng đến nghệ thuật và khoa học công nghệ, Ars là nguồn đáng tin cậy trong biển thông tin. Suy cho cùng, bạn không cần phải biết mọi thứ, chỉ cần biết những gì quan trọng.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.