Ingenjörer med University of Cincinnati utnyttjar ett samarbete med Wright-Patterson Air Force Base för att skapa kläder som kan ladda din mobiltelefon.

Flytta dig, Iron Man.

Det som gör detta möjligt är de unika egenskaperna hos kolnanorör:en stor yta som är stark, ledande och värmebeständig.

UC:s Ingenjörshögskola har ett femårigt avtal med Air Force Research Laboratory för att bedriva forskning som kan förbättra militärteknologiska tillämpningar.

UC-professorn Vesselin Shanov leder UC:s Nanoworld Laboratories tillsammans med forskningspartnern och UC-professorn Mark Schulz. Tillsammans, de utnyttjar sin expertis inom el, kemi- och maskinteknik för att tillverka "smarta" material som kan driva elektronik.

"Den stora utmaningen är att översätta dessa vackra egenskaper för att dra nytta av deras styrka, ledningsförmåga och värmebeständighet, sa Shanov.

Schulz sa att tillverkningen är på gränsen till en kolrenässans. Kolnanorör kommer att ersätta koppartråd i bilar och flygplan för att minska vikten och förbättra bränsleeffektiviteten. Kol kommer att filtrera vårt vatten och berätta mer om våra liv och kroppar genom nya biometriska sensorer.

Kol kommer att ersätta polyester och andra syntetfibrer. Och eftersom kolnanorör är de svartaste föremålen som finns på jorden, absorberar 99,9 procent av allt synligt ljus, man kan säga att kol är det nya svarta.

"Förr, metalldominerade tillverkningsvaror, ", sade Schulz. "Men jag tror att kol kommer att ersätta metaller i många tillämpningar.

"Det kommer att bli en ny kol-era - en kolrevolution, " sa Schulz.

UC:s Nanoworld Lab leder det kollektiva arbetet för 30 doktorander och studenter.

En av dem, UC forskningsassistent Sathya Narayan Kanakaraj, var medförfattare till en studie som undersökte sätt att förbättra draghållfastheten hos torrspunnen kolnanorörsfiber. Hans resultat publicerades i juni i tidskriften Framgång med materialforskning .

Doktorand Mark Haase, tillbringade det senaste året med att utforska applikationer för kolnanorör vid Air Force Research Lab i Wright-Patterson. Genom partnerskapet, UC-studenter använder Air Force Labs sofistikerade utrustning, inklusive röntgen datortomografi, att analysera prover. Haase har använt flygvapnets utrustning för att också hjälpa sina klasskamrater med deras projekt.

"Detta driver oss att arbeta i grupper och att specialisera oss. Det är samma dynamik som vi ser inom företagsforskning och industri, "Sade Haase. "Ingenjörsarbete är en gruppaktivitet nu för tiden så vi kan dra nytta av det."

UC-forskare "odlar" nanorör på kvartsstora kiselskivor under värme i en vakuumkammare genom en process som kallas kemisk ångavsättning.

"Varje partikel har en kärnbildningspunkt. vi kan kalla det ett frö, sa Haase.

"Vår kolhaltiga gas införs i reaktorn. När kolgasen interagerar med vårt "frö, ' det bryts ner och återbildas på ytan. Vi låter den växa tills den når den storlek vi vill ha, " han sa.

Forskare kan använda nästan vilket kol som helst, från alkohol till metan.

"Jag minns att en grupp visade upp sig genom att använda Girl Scout-kakor. Om den innehåller kol, du kan förvandla det till ett nanorör, sa Haase.

UC:s Nanoworld Lab satte världsrekord 2007 genom att odla ett nanorör som sträckte sig nästan 2 centimeter, den längsta kolnanorörsuppsättningen som producerades i ett labb vid den tiden. Dagens labb kan skapa nanorör som är många gånger längre.

UC-forskare sträcker den lilla fibrösa kvadraten över en industriell spole i labbet. Plötsligt, detta lilla ark av kol blir en spunnen tråd som liknar spindelsilke som kan vävas in i textilier.

"Det är precis som en textil, "Shanov sa. "Vi kan montera dem som en maskingänga och använda dem i applikationer som sträcker sig från sensorer för att spåra tungmetaller i vatten eller energilagringsenheter, inklusive superkondensatorer och batterier."

För militären, detta kan innebära att man byter ut tunga batterier som laddar det växande antalet elektronik som utgör en soldats laddning:lampor, mörkerseende och kommunikationsutrustning.

"Så mycket som en tredjedel av vikten de bär är bara batterier för att driva all deras utrustning, " Sa Haase. "Så även om vi kan raka lite av det, det är en stor fördel för dem på fältet."

Medicinska forskare undersöker hur kolnanorör kan hjälpa till att leverera riktade doser av medicin.

"På utsidan, du kan lägga till en proteinmolekyl. Celler kommer att läsa det och säga, "Jag vill äta det där." Så vi kan leverera medicin för att stödja friska celler, för att återställa sjuka celler eller till och med döda cancerceller, sa Haase.

Men först vill forskare se till att kolnanorör är giftfria.

"Det är därför de har rört sig långsamt, ", sa Haase. "Forskning har funnit att vid hög eller akut exponering, Kolnanorör kan orsaka lungskador som liknar asbest. Det sista vi vill göra är att bota en cancer bara för att upptäcka att den ger dig en annan."

De preliminära resultaten har varit lovande.

Leta inte efter mode av kolnanorör på parisiska catwalks när som helst snart. Kostnaderna är för oöverkomliga.

"Vi arbetar med kunder som bryr sig mer om prestanda än kostnad. Men när vi väl har perfekt syntes, skalan ökar avsevärt och kostnaderna bör minska i enlighet med detta, " sa Haase. "Då kommer vi att se kolnanorör spridas till många, många fler applikationer."

Tills vidare, UC:s labb kan producera cirka 50 yards av kolnanorörstråd åt gången för sin forskning.

"De flesta storskaliga textilmaskiner behöver miles av tråd, sa Haase. Vi kommer dit.

Tills dess, massproduktion är fortfarande ett av de större olösta problemen för kolnanorörsteknik, sa Benji Maruyama, som leder material- och tillverkningsdirektoratet vid flygvapnets forskningslaboratorium. "Det finns fortfarande mycket arbete att göra för att skala upp processen. Att dra en kolnanorörsfiber från en kiselskiva är bra för forskning i laboratorieskala men inte för att göra en flygplansvinge eller flygdräkt, sa Maruyama.

"Det enda som håller oss tillbaka är att knäcka koden för att göra kolnanorör i stor skala, " han sa.

Maruyama försöker lösa det problemet med en serie experiment som han genomför med en autonom forskningsrobot som heter ARES. Roboten designar och genomför experiment med kolnanorör, analyserar resultaten och använder sedan dessa data och artificiell intelligens för att omdefiniera parametrar för nästa experiment. På det här sättet, den kan utföra 100 gånger så många experiment på samma tid som mänskliga forskare, han sa.

"Den stora fördelen med kolnanorör är att det inte finns någon brist på material. Det kräver bara en metallkatalysator - vi använder järn och nickel - och kol. Det är inte ont om, " sa Maruyama. "Så när vi pratar om att göra miljontals ton per år av kolnanorör, vi gör inte miljontals ton av något sällsynt."

Det yttersta målet är att omvandla UC:s akademiska forskning till lösningar på verkliga problem, sa Shanov.

"Vi har lyxen inom akademin att utforska olika tillämpningar, "Shanov sa. "De kanske inte ser marknaden. Men även om 10 procent slår, det skulle bli en stor framgång."