

De Onderzoekers bij het Onderzoekinstituut van het van Technologie van Georgië (GTRI) produceren koolstof nanotube-gebaseerde apparaten voor commerciële toepassingen.
De Koolstof nanotubes (CNTs) is een hexagonaal die netwerk van koolstofatomen worden gerold om een naadloze cilinder te vormen - een soort "kippegaas" rooster van grafiet. "Dit materiaal heeft enorme elektro, thermisch en de structurele eigenschappen, echter, hebben weinig producten die CNTs gebruiken de commerciële markt geraakt," zegt Klaar Jud, een onderzoekingenieur in Electro-Optics van GTRI, Milieu en het Laboratorium van Materialen.
Klaar ontwikkelt een op CNT-Gebaseerde elektrochemische die dubbel-laagcondensator, een project door de Ruimte van het Leger van de V.S. wordt gesponsord en het Bevel van de Defensie van de Raket. Dergelijke supercapacitors zouden meer macht, verhoogde energiedichtheid (meer last per gram gewicht) en langer leven dan traditionele batterijen en condensatoren verstrekken die elektroenergie opslaan.
Klaar supercapacitors worden van twee op CNT-Gebaseerde actieve die elektroden gemaakt in een elektrolyt worden en door een ionen-permeabel membraan worden gescheiden ondergedompeld die dat elektronenoverdracht verhindert. "CNTs is ideaal om als actief Klaar elektrodenmateriaal te gebruiken omdat hun nanoscaledimensies meer oppervlakte voor het opslaan van last verstrekken," zegt. Die extra oppervlakte verhoogt exponentieel capacitieve weerstand - de hoeveelheid macht die kan worden opgeslagen.
Klaar begon met het werk dat vorige lente aangaande het project, door Stephan Turano wordt geholpen, een de gediplomeerdestudent van de materialenwetenschap bij Technologie van Georgië, en Charlie Higgins, een computerwetenschap belangrijk van de Universiteit van de Staat van Georgië. Het team heeft reeds dozens supercapacitors CNT veroorzaakt, die voor elektrotests zijn gebruikt.
De Terugkoppeling van die testshulp verbetert het productieproces. Bijvoorbeeld, hebben de onderzoekers geleerd dat wanneer de druk wordt toegepast op elektroden tijdens het testen, supercapacitor beter presteert. Met dat in Klaar mening, probeert om het vastklemmen op te nemen of bout tussen de twee elektrodenplaten vast tijdens productie om druk te verhogen.
De volgende stap is betrouwbaarheid het testen om te zien hoe supercapacitors CNT onder verschillende milieu's steunen, die voor space-based toepassingen vooral belangrijk is. De apparaten worden geplaatst in een kamer die hen aan extreme temperatuur en vochtigheid blootstelt, die het het verouderen proces versnellen. "Wij kunnen 20 -jarig bestaan simuleren in ongeveer 1.000 uren in plaats van het hebben van hen rondhangen 20 jaar," Klaar zegt.
Aanvankelijk, Klaar verkregen CNTs van het RuimteCentrum van Johnson van NASA. Maar met een nieuw stuk van apparatuur, een oven van het chemische dampdeposito, kunnen de onderzoekers CNTs op plaats nu produceren. "Dit zal ons toelaten om een verschillende productietechniek - chemische dampdeposito te proberen tegenover het (hoge drukkoolmonoxide) proces HiPCO - en de twee methodes te vergelijken en tegenover elkaar te stellen," Klaar zegt.
CNTs van NASA komt in een fles, die de onderzoekers in een deeg mengen en dan tussen de twee elektroden toepassen. Het "contact tussen het deeg en de elektroden is belangrijk," Klaar verklaart. "Door de oven van het chemische dampdeposito te gebruiken, kunnen wij CNTs op de elektroden van de koperfolie in situ eigenlijk kweken, die een betere aansluting." zullen verstrekken
Om CNTs te produceren, worden de gassen gevoed in een verzegelde kwartsbuis (ongeveer 2 duim door 18 duim), die een substraat bevat, zoals koperfolie of siliciumwafeltjes. Een katalysator wordt vereist helpen de koolstof aan het substraat vastmaken, en Klaar nano-gerangschikte eilanden van nikkel heeft gebruikt. De oven wordt verwarmd aan ongeveer 900 graden van Celsius, en CNTs zelf-assembleert daar van, Klaar zegt. Het volledige proces, van het sluiten van de ovendeur aan het openen van het, vergt ongeveer drie uren, maar veel van die tijd impliceert het koelen als vorm CNTs in ongeveer 30 minuten.
Naast het verstrekken van een alternatieve productietechniek, laat de nieuwe oven onderzoekers toe om CNTs op een gecontroleerde manier te produceren: Zij kunnen de temperatuur en de debieten van gassen (waterstof, methaan en ethyleen) veranderen worden gebruikt om CNTs te vormen die. Het Variëren van deze factoren zal zowel de veroorzaakte hoeveelheid als kwaliteit van CNTs beïnvloeden.
Één van de grootste uitdagingen controleert de fysieke afmetingen van CNTs, aangezien hun elektrische eigenschappen afhankelijk van lengte, diameter en chirality (hoe de grafietbroodjes omhoog) variëren. Controlerende chirality is veruit de meest ontmoedigende taak, welke Klaar vraag "Heilige Grail" van productie CNT.
Sommige chiral regelingen brengen CNTs met semi-conducting eigenschappen op, terwijl anderen metaaleigenschappen hebben. "Als u chirality kon controleren, kon u het "aroma" van CNT controleren," Klaar verklaart, opmerkend dat zijn team CNTs met 100 percenten metaaleigenschappen wil produceren.
Hoewel Klaar nadruk op elektronische en machtstoepassingen, CNTs greeppotentieel voor een grote verscheidenheid van gebruik, met inbegrip van vlak-paneelvertoningen, elektrisch veld generators, zonnecellen en loss-less motorwinding.
Maar Toch is een verenigbare productiemethode de sleutel aan het introduceren van CNT-Materialen in real-world apparaten. "Het Produceren van één op CNT-Gebaseerde supercapacitor met uitzonderlijke mogelijkheden is één ding," Klaar zegt. "Is Nog het veroorzaken van honderden of duizenden supercapacitors die identiek en betrouwbaar operationeel genoeg haalbaar presteren te zijn vrij een ander ding - en ons uiteindelijk doel."
Met dat in Klaar mening, probeert om vennootschappen met grote fabrikanten te vestigen die in het testen en productie konden helpen, en onlangs een overeenkomst met Maxwell Technologies Inc., een San op Diego-Gebaseerde fabrikant van supercapacitors ondertekenden. "Het Werken met externe de industriepartners zoals zal Technologieën Maxwell ons helpen CNTs uit het laboratorium krijgen en in producten die eigenlijk kunnen worden gebruikt," hij verklaart.
"Onze strategie moet sterke win-win verhoudingen creëren concentreerde zich bij het op de markt brengen van doorbraaktechnologieën," zegt Richard Smith, uitvoerende ondervoorzitter bij Technologieën Maxwell. Het "potentieel voor CNTs in ultracapacitors is zaken van miljoenen dollars, en het is opwekkend aan team met zulk een prestigieuze groep als GTRI."