Nanoteknologer vid University of Texas i Dallas har uppfunnit en brett användningsbar teknik för att producera vävbara, stickbar, sybar, och knytbara garn som innehåller upp till 95 viktprocent av annars ospinbara gästpulver och nanofibrer. En liten mängd nanorörsväv av värdkol, som kan vara lättare än luft och starkare pund per pund än stål, begränsar gästpartiklar i korridorerna för starkt ledande rullar utan att störa gästfunktionaliteten för sådana applikationer som energilagring, energiomvandling, och energiskörd.

Med hjälp av konventionell teknik, pulver hålls antingen samman i ett garn med hjälp av ett polymerbindemedel eller införlivas på fiberytor, och båda metoderna kan begränsa pulverkoncentrationen, pulvertillgänglighet för att tillhandahålla garnfunktionalitet, eller styrkan som behövs för garnbearbetning till textilier och efterföljande applikationer.

I numret 7 januari av tidskriften Vetenskap , medförfattare som arbetar vid Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute i UT Dallas beskriver användningen av biscrolling för att lösa dessa problem, och demonstrera genomförbarheten av att använda deras biscrollade garn för tillämpningar som sträcker sig från supraledande kablar och elektroniska textilier till batterier och bränsleceller som innehåller flexibla vävda elektroder.

Biscrolled garn har fått sitt namn från sättet de produceras:ett enhetligt lager av gästmaterial avsätts ovanpå en bana av kolnanorör, som kallas värd. Denna dubbellagers gäst-/värdstapel tvinnas sedan för att bilda ett biscrollat ​​garn. Beroende på ändbegränsningar och symmetrin hos applicerade spänningar, vridinsättning resulterar i förvrängda versioner av antingen Archimedean, dubbel arkimedisk, eller Fermat rullar, som är tredimensionella förlängningar av Arkimedeiska och Fermat-spiralerna och spiralkombinationer som finns i naturen och vördas av olika kulturer i tusentals år.

De kolnanorörsbanor som uppfinnarna använde för biscrolling är inte vanliga kolnanorörsark - de kan dras upp till två yards/sekund från skogar av kolnanorör, som ser ut som bambuskogar där bambuträd med två tum i diameter reser sig en mil mot himlen. Fyra uns av dessa ark skulle täcka en hektar och de är cirka 50 nm tjocka när de förtätas, som är ungefär tusen gånger tunnare än ett människohår eller ett ark vanligt papper.

Dessa starka kolnanorörsbanor håller ihop biscrollade garner som mestadels är pulver och möjliggör till och med maskintvätt av textilier som innehåller biscrollade garn utan betydande pulverförlust. Banans tunnhet innebär att hundratals rullskikt kan rymmas i ett biscrollat ​​garn som har ungefär samma diameter som ett människohår. På samma gång, nanorörsbanan ger elektrisk ledningsförmåga till garnet, och den porositet som krävs för åtkomst av partiklar som fångas i bankorridorer till vätskor och gaser för elektrokemiska och sensortillämpningar.

Valet av gäst avgör funktionaliteten hos biscrollade garn. Använder som gäst upp till 95 viktprocent LiFePO¬¬4¬, ett anmärkningsvärt material för litiumjonbatterier, högpresterande litiumjonbatterielektroder demonstrerades av UT Dallas forskare, och visat sig ha batteriprestanda, flexibilitet och mekanisk robusthet som behövs för inkorporering i energilagrande och energigenererande kläder. Biscrolling-kvävedopade kolnanorörsgäster gav högkatalytiska bränslecellskatoder för kemisk generering av elektrisk energi, som undviker behovet av dyr platinakatalysator. Genom att biscrolling en blandning av magnesium och bor pulver och termisk behandling, supraledande MgB2-garn producerades, vilket eliminerade de trettio eller fler dragstegen som används för konventionell produktion av supraledande trådar. Använda fotokatalytisk titandioxid gäst, biscrollgarn för självrengörande tyger erhölls.

"UT Dallass biscrollingteknologi är rik på applikationsmöjligheter som går långt utöver de vi beskrev i Vetenskap tidskrift. Till exempel, vår samarbetspartner professor Seon Jeong Kim från Hanyang University i Korea har redan använt biscrollat ​​garn för att göra förbättrade biobränsleceller som så småningom kan användas för att driva medicinska implantat, " sa artikelns motsvarande författare, Dr. Ray H. Baughman, Robert A. Welch Professor i kemi och chef för UTD:s NanoTech Institute. "Jag är särskilt stolt över två av våra tidigare NanoExplorer gymnasieelever, Carter Haines och Stephanie Stoughton, som är grundutbildningsmedförfattare till både vår artikel i tidskriften Science och vår internationellt inlämnade patentansökan om biscrolling."