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我们无意中创建一个新的奇迹材料可以彻底改变电池和电子

经过克里斯·霍华德,谈话|2019年5月1日

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发生了一些最着名的科学发现。从Teflon和微波炉到青霉素,科学家们试图有时候解决一个问题找到意想不到的事情。这究竟是如何我们创建亚磷纳米带 - 从宇宙的基本构建模块之一的材料制成,但有可能彻底改变了广泛的技术的潜力。

我们一直在努力磷晶的单独层转换为二维表。相反,我们的技术创建微型,面条般的彩带一个单原子厚,只有100个左右横跨原子,但高达10万个原子长。我们花了三年时间珩磨生产过程中,前宣布我们的研究结果。

二维带具有许多显着的特点。其宽长比是类似于跨越金门大桥的电缆。他们令人难以置信的校服,但可操作的宽度允许它们的属性,比如他们是否以及如何进行发电,以进行微调。他们也非常灵活,这意味着它们可以按照轮廓的任何表面上,他们完全是放,甚至被扭曲。

变革潜力

超过100个科学论文预测了这些纳米波巴的变革性潜力,如果有可能在一系列技术中创建它们 - 在发布我们发现之前有些五年自然。

也许这些中最重要的是在地区电池技术。磷烯纳米波纹的波纹结构意味着电动电池的带电离子很快就会移动到1000倍快比目前可能的。这意味着在充电时间,在旁边增加约50%的容量显著下降。这样的性能提升将提供巨大的提升,以电动汽车和航空工业,并允许我们能更好的利用可再生消除甚至灰色,平静的日子对化石燃料的依赖。

它还意味着,在将来,电池可以使用钠离子而不是锂离子。已知的锂储量可能无法满足电池需求的巨大投影增加,并且可以提取金属的提取环保有害。相比之下,钠是丰富和便宜的。

电子领域也可能是感谢纳米带。摩尔定律指出,计算机处理能力每两年增加一倍,但这个速度在放缓为材料的物理极限正在快速逼近的危险。使用“2D”的材料像我们一样可以重新定义这些限制,使我们能够做出更小和更快的设备。

丝带可以解决这一领域的另一个主要障碍 - 如何电连接纳米材料而不在加入处产生大的电阻(和因此能量损失)。几层厚版本的磷烯纳米队可以无缝地分成具有不同高度和电气性能的带中的丝带,规避通常的连接的常用工程要求。感谢这一点,高效太阳能电池现在可能是更接近于进入现实。

将厚磷烯色带分成两个较薄的丝带。信贷:作者提供的Freddie Russell-Papier / Bristol大学

该亚磷纳米带的灵活性和热电性能意味着他们还可以嵌入在可穿戴的布料,并用于转换余热转化成有用的电能。例如,我们可以很快看到热电的T恤衫功能如心脏和血糖水平监测器,全部由单独的身体热量。

该技术可以将氢气的潜力解锁为高效且低碳燃料。气体在水中大量可用,仅在提取时产生氧气作为副产物。然而,找到了这种廉价的方法,却脱颖而出的科学家。水分子可以通过称为的过程分裂光催化分析的,但该方法需要吸收大量的光,并且其能性质配合地很好与水的材料。纳米带预计恰好有这些特质,以及要能最大限度地与水接触的高比表面积,使其成为一个有前途的候选破解氢生产难题。

令人鼓舞的是,亚磷纳米带已导航到商业化路线上的主要障碍。找到一个可伸缩的生产方法,像我们这样需要数年时间对于大多数新材料,和一些从来没有看到光明的一天。再加上,磷在地壳相对丰富,容易提取的素材。而且,由于在液体中,油墨或油漆中已经形成了带可容易地制造使用低成本的方法如喷涂或大规模地操纵它们喷墨印刷。

然而,制造这些彩带只是朝着彻底改变了上述技术的第一步。许多研究现在需要进行测试的理论预言,并调查到的带的属性可以针对特定应用进行定制的程度。作为20年加旅程Teflon,锂电池和魔术贴向我们展示,从发现使用的道路可以长。但随着社会越来越多地远离化石燃料,我们希望公路很快就会受到欢迎。


提交:技术+产品那材料•先进


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