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碳納米管的兩項(xiàng)技術(shù)新突破介紹如下：

碳納米管可凈化海水

科學(xué)家Lawrence Livermore與東北大學(xué)的研究人員合作，開(kāi)發(fā)出可以從海水中脫鹽的碳納米管。納米管是由碳原子制成的中空結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的碳原子排列順序使其比人類的頭發(fā)薄5萬(wàn)倍以上。納米管的超光滑內(nèi)表面導(dǎo)致其透水性極高，而其內(nèi)部微小的孔徑可阻止較大鹽離子的進(jìn)入。

急劇增加的淡水需求對(duì)全球范圍內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了威脅，這將會(huì)造成40億人缺水的嚴(yán)重后果。目前的水凈化技術(shù)模仿了高效的水選擇性生物蛋白質(zhì)的專門孔膜。“我們發(fā)現(xiàn)直徑小于0.8納米的碳納米管具有方便運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵性結(jié)構(gòu)特征，狹窄的疏水通道迫使水分子以單一流動(dòng)的形式排列移位，這種現(xiàn)象與最有效的生物水轉(zhuǎn)運(yùn)體相似，”一名LLNL博士后研究員Ramya Tunuguntla解釋道。

直徑大于1nm的碳納米管的水運(yùn)計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)研究表明，盡管水流量確實(shí)在持續(xù)增加，但其與生物蛋白質(zhì)的運(yùn)輸效率不符，并沒(méi)有有效地分離鹽，特別是在較高鹽濃度下。LLNL團(tuán)隊(duì)取得的關(guān)鍵性突破是使用直徑更小的納米管，以滿足提高性能的需求。

“這些研究揭示了水運(yùn)機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)，表明合理操縱這些參數(shù)可以提高孔隙效率，”此項(xiàng)研究的合作者東北大學(xué)的物理學(xué)教授Meni Wanunu說(shuō)道。“CNT納米管是研究分子運(yùn)輸和納米流體的獨(dú)特平臺(tái)，”CNT項(xiàng)目首席研究員和本文資深作者Alex Noy解釋，“令人為之驚奇的是，他們的亞納米尺寸，光滑的原子表面、與細(xì)胞水輸送通道的相似性使得它們與此項(xiàng)目的研究目的極為契合，使得合成水通道的性能比自然水更為優(yōu)越。”LLNL科學(xué)家及其同事的這一發(fā)現(xiàn)對(duì)下一代水凈化技術(shù)有著極為顯著的影響，并將為下一代高通量膜的開(kāi)發(fā)開(kāi)辟新的道路。

新碳納米管紗線拉伸即可點(diǎn)亮LED

“簡(jiǎn)單來(lái)講，你拿一條紗線，拉伸它，就會(huì)產(chǎn)生電能。把它們縫進(jìn)上衣，無(wú)需外加電源，人正常呼吸就能產(chǎn)生電信號(hào)。”美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校納米研究所卡特·海恩斯博士就近日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一項(xiàng)中外合作研究成果接受采訪時(shí)說(shuō)。

這種名為Twistron的紗線由許多碳納米管紡成，單根碳納米管直徑比人頭發(fā)絲直徑小一萬(wàn)倍。為了使紗線具有高彈性，研究人員不斷提高捻度，使其形成類似彈簧的結(jié)構(gòu)。

“這些紗線本質(zhì)上是一種超級(jí)電容器，但它無(wú)需外加電源來(lái)充電。”納米研究所李娜博士告訴科技日?qǐng)?bào)記者。因?yàn)樘技{米管與電解質(zhì)的化學(xué)電勢(shì)不同，當(dāng)紗線浸入電解質(zhì)時(shí)，一部分電荷便會(huì)嵌入其中。紗線被拉伸時(shí)，體積減小，使電荷相互靠近，電荷產(chǎn)生的電壓增高，從而獲得電能。

“以每秒30次的頻率拉伸時(shí)，紗線可產(chǎn)生250瓦/千克的峰值電功率。一根重量小于蒼蠅的紗線，每次被拉伸時(shí)，就可以點(diǎn)亮一個(gè)LED。”納米研究所主任、文章通訊作者之一雷·鮑曼博士介紹說(shuō)，與其他可織布發(fā)電纖維相比，單位重量的Twistron紗線產(chǎn)生的電功率可提高百倍以上。

值得一提的是，鹽水也可作為電解質(zhì)。發(fā)電紗線的輸出可隨紗線體積的增大，以及并行工作的紗線數(shù)量的增高而等比例放大。“如果降低生產(chǎn)成本，Twistron最終可用于海浪發(fā)電。”鮑曼表示。

據(jù)悉，目前碳納米管紗線最適合的應(yīng)用是為傳感器或物聯(lián)網(wǎng)通訊供電。“基于我們實(shí)現(xiàn)的平均輸出功率，只需31毫克的紗線,便可為物聯(lián)網(wǎng)在一個(gè)半徑100米的范圍內(nèi)，每10秒鐘傳輸2千字節(jié)數(shù)據(jù)包。”