ジョージア工科大学研究所（GTRI）の研究者は、商用アプリケーションのためのカーボンナノチューブベースのデバイスを生産しています。 グラファイトの"金網"格子のソート-カーボンナノチューブ（CNTs）のシームレスなシリンダーを形成するために圧延炭素原子の六角網です。 "この材料は、途方もない、電気的、熱的、構造的な性質を持っている、しかし、CNTを利用したいくつかの製品が商業市場をヒットしている、"ユートレディ、GTRIの電気光学、環境材料研究室における研究のエンジニアは述べています。 レディは、CNTベースの電気二重層キャパシタ、米軍の宇宙ミサイル防衛コマンドが主催するプロジェクトを開発しています。そのようなスーパーキャパシタは、より多くの電力、増加エネルギー密度（重量のグラムあたりより多くの電荷）と従来の電池と電気エネルギーを保存するコンデンサよりも長い寿命を提供するであろう。 準備のスーパーキャパシタは、電解液に浸漬し、電子伝達を防止するイオン透過膜で区切られた二つのCNTベースのアクティブ電極で作られています。 "彼らのナノスケール寸法は電荷を蓄積するためのより多くの表面積を提供するため、CNTがアクティブな電極材料として使用する理想的な、"レディ氏は述べています。格納できる電力量-その余分な表面積が飛躍的に容量が増加します。 準備はステファンTurano、ジョージア工科大学の材料科学の大学院生、およびチャーリーヒギンズ、ジョージア州立大学からの主要なコンピュータサイエンスに助けられ、昨年春にプロジェクトの作業を開始した。チームはすでに電気的テストのために使用されているCNTのスーパーキャパシタの数十を、生産している。 これらのテストからのフィードバックは、製造プロセスの改善に役立ちます。例えば、研究者は圧力がテスト中に電極に印加されるとき、スーパーキャパシタのパフォーマンスが優れていることを学びました。このことを念頭に置いて、準備は圧力を高めるために生産中に2つの電極板との間にクランプやボルトを組み込むとしている。 次のステップは、宇宙ベースのアプリケーションで特に重要であるCNTのスーパーキャパシタは、さまざまな環境下に保持するかどうかを判定し信頼性、である。デバイスは、老化プロセスを加速し、極端な温度や湿度にそれらを公開してチャンバー内に設置されています。 "我々は20年間座っそれらを持っているのではなく、約1,000時間で人生の20年間をシミュレートできる、"レディ氏は述べています。 当初は、NASAのジョンソン宇宙センターからレディ得られるカーボンナノチューブ。しかし、機器、化学蒸着炉の新しい作品で、研究者は今、サイト上にCNTを生成することができます。 "これは、私たちはさまざまな製造技術を試すことを可能にする- HiPCO（高圧の一酸化炭素）プロセスに対する化学蒸着を-と二つの方法を比較対照、"レディ氏は述べています。 米航空宇宙局（NASA）からのカーボンナノチューブは、研究者は、ペースト状にミックスし、2つの電極間に適用されるか、瓶に来る。 "ペーストと電極間の接触が重要である、"レディは説明しています。 "化学蒸着炉を使用することにより、我々は実際に優れた接続を提供する銅箔電極、にその場でCNTを成長することができます。" CNTを生成するために、ガスは、銅箔やシリコンウエハなどの基板を、含まれている密封された石英管（18インチで約2インチ）に供給されています。触媒は、基板に炭素を添付できるように要求され、準備がニッケルのナノサイズの島を使用しています。炉は摂氏約900度に加熱し、カーボンナノチューブがあるから自己組織化され、準備は述べています。全体のプロセスは、それを開くために炉の扉を閉じてから、約3時間かかりますが、その時間のうち、約30分でカーボンナノチューブの形態として冷却伴います。 代替製造技術を提供するだけでなく、新しい炉は制御された方法でCNTを生成するために研究者を可能にします：それらは温度とCNTを形成するために使用されるガスの流量率（水素、メタンやエチレンを）変更することができます。これらの要因を変化させることにより、生成したCNTの量と質の両方に影響します。 それらの電気特性は、長さ、直径とカイラリティ（グラファイトロールアップの方法）によって変わるように最大の課題の一つは、CNTの物理的な寸法を制御している。キラリティーを制御することは、群を抜いて最も困難な作業であり、その準備の呼び出しCNTの生産の"聖杯"。 他の金属の性質を持っている間、いくつかのキラルアレンジは、半導電特性を持つCNTを得る。 "あなたがキラリティーを制御することができれば、あなたがCNTの"味"を制御することができる、"レディは彼のチームが100％、金属特性を持つCNTを生成するために望んでいることを指摘し、説明しています。 レディは、電子と電力アプリケーションに焦点を当てていますが、CNTは、フラットパネルディスプレイ、電界発生器、太陽電池と損失のないモータ巻線を含む、多種多様の用途のための可能性を秘めています。 まだ一貫した製造方法では、実世界のデバイスにCNT -材料を導入するための鍵です。 "卓越した能力をワンCNTベースのスーパーキャパシタを製造する一つのことであり、"レディ氏は述べています。 "同じと確実に運用可能なように十分に行うスーパーキャパシタのしかし、生産数百または数千には全く別のものである-と私たちの究極の目標。" このことを念頭に置いて、準備、テストおよび生産に役立つ可能性大メーカーとのパートナーシップを確立しようとして、そして最近ではマクスウェルTechnologies社、スーパーキャパシタのサンディエゴベースのメーカーと契約を締結している。 "マクスウェルTechnologiesのような外部の業界パートナーと仕事をする私たちは研究室のと実際に使用できる製品にカーボンナノチューブを得るのを助ける、"と彼は説明しています。 "当社の戦略は、画期的な技術の実用化に焦点を当てた強力なWin - Winの関係を作成する場合、"リ チャードスミス、マクスウェルTechnologiesの上級副社長は述べています。 "ウルトラキャパシタにおけるカーボンナノチューブの可能性は数十億ドルのビジネスであり、そしてそれはGTRIのような一流のグループとチームにエキサイティングだ。" |