Les nanotechnologues de l'Université du Texas à Dallas ont inventé une technologie largement déployable pour produire des objets tissés, table à tricoter, cousu, et des fils pouvant être noués contenant jusqu'à 95 pour cent en poids de poudres invitées et de nanofibres autrement non filables. Une quantité infime de nappe de nanotubes de carbone hôte, qui peut être plus léger que l'air et plus fort livre par livre que l'acier, confine les particules d'invité dans les couloirs de rouleaux hautement conducteurs sans interférer avec la fonctionnalité d'invité pour des applications telles que le stockage d'énergie, conversion de l'énergie, et la récupération d'énergie.
En utilisant la technologie conventionnelle, les poudres sont soit maintenues ensemble dans un fil à l'aide d'un liant polymère, soit incorporées à la surface des fibres, et les deux approches peuvent restreindre la concentration de poudre, accessibilité de la poudre pour fournir une fonctionnalité de fil, ou la résistance nécessaire pour la transformation du fil en textiles et les applications ultérieures.
Dans le numéro du 7 janvier de la revue Science , les co-auteurs travaillant au Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute de l'UT Dallas décrivent l'utilisation du défilement horizontal pour résoudre ces problèmes, et démontrer la faisabilité de l'utilisation de leurs fils bisroulés pour des applications allant des câbles supraconducteurs et des textiles électroniques aux batteries et piles à combustible contenant des électrodes tissées flexibles.
Les fils biscrolled tirent leur nom de la façon dont ils sont produits :une couche uniforme de matériau invité est déposée sur une nappe de nanotubes de carbone, qui s'appelle l'hôte. Cette pile d'invité/hôte bicouche est ensuite tordue pour former un fil biscrolled. En fonction des contraintes d'extrémité et de la symétrie des contraintes appliquées, l'insertion de torsion entraîne des versions déformées d'Archimède, double archimédien, ou des rouleaux de Fermat, qui sont des extensions tridimensionnelles des spirales d'Archimède et de Fermat et des combinaisons de spirales trouvées dans la nature et vénérées par diverses cultures depuis des milliers d'années.
Les nappes de nanotubes de carbone que les inventeurs ont utilisées pour le biscrolling ne sont pas des feuilles de nanotubes de carbone ordinaires - elles peuvent être tirées jusqu'à deux mètres/seconde à partir de forêts de nanotubes de carbone, qui ressemblent à des forêts de bambous dans lesquelles des bambous de deux pouces de diamètre s'élèvent à un kilomètre et demi dans le ciel. Quatre onces de ces feuilles couvriraient un acre et elles ont une épaisseur d'environ 50 nm lorsqu'elles sont densifiées, qui est environ mille fois plus fin qu'un cheveu humain ou qu'une feuille de papier ordinaire.
Ces solides nappes de nanotubes de carbone maintiennent ensemble des fils bisroulés qui sont pour la plupart des poudres et permettent même le lavage en machine de textiles contenant des fils bisroulés sans perte de poudre significative. La finesse de la bande signifie que des centaines de couches de volutes peuvent être logées dans un fil biscrollé ayant à peu près le diamètre d'un cheveu humain. À la fois, la nappe de nanotubes fournit une conductivité électrique au fil, et la porosité nécessaire à l'accès des particules piégées dans les couloirs de nappes aux liquides et aux gaz pour les applications électrochimiques et de détection.
Le choix de l'invité détermine la fonctionnalité des fils biscrolled. Utilisation en tant qu'invité jusqu'à 95 pour cent en poids de LiFePO¬¬4¬, un matériau remarquable pour les batteries lithium-ion, des électrodes de batterie lithium-ion hautes performances ont été démontrées par des chercheurs de l'UT Dallas, et montré pour avoir les performances de la batterie, flexibilité et robustesse mécanique nécessaires à l'incorporation dans les vêtements de stockage et de production d'énergie. L'invité de nanotubes de carbone dopés à l'azote a fourni des cathodes de piles à combustible hautement catalytiques pour la génération chimique d'énergie électrique, qui évitent le besoin d'un catalyseur au platine coûteux. Par biscrollage d'un mélange de poudres de magnésium et de bore et traitement thermique, des fils supraconducteurs MgB2 ont été produits, qui a éliminé les trente étapes d'étirage ou plus utilisées pour la production conventionnelle de fils supraconducteurs. En utilisant un invité de dioxyde de titane photocatalytique, des fils bisroulés pour tissus autonettoyants ont été obtenus.
"La technologie de biscrolling d'UT Dallas est riche en possibilités d'applications qui vont bien au-delà de celles que nous avons décrites dans Science magazine. Par exemple, notre collaborateur, le professeur Seon Jeong Kim de l'Université de Hanyang en Corée, a déjà utilisé du fil biscrolled pour fabriquer des biopiles améliorées qui pourraient éventuellement être utilisées pour alimenter des implants médicaux, " a déclaré l'auteur correspondant de l'article, Dr Ray H. Baughman, Robert A. Welch Professeur de chimie et directeur du NanoTech Institute de l'UTD. "Je suis particulièrement fier de deux de nos anciens élèves du secondaire NanoExplorer, Carter Haines et Stéphanie Stoughton, qui sont les coauteurs de premier cycle de notre article dans le magazine Science et de notre demande de brevet déposée à l'échelle internationale sur le biscrolling."
