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科學家找到製造長納米管新法

在納米技術領域,沒有什麼能夠比納米管更為人熟知了。專家相信,這些由一個分子厚的薄層構成的小管子,有朝一日能夠在從超級堅固的噴氣發動機到癌症治療的方方面面發揮重要作用。如今,研究人員認為他們已經找到了一個方法,能夠大量製造一類更為神奇的納米管,從而產生更加令人難忘的效用。

研究人員早就能夠利用碳合成納米管,但他們從未放棄用氮化硼製造納米管的努力。這兩者具有相同的強度,但是氮化硼納米管(BNNTs)所能夠承受的高溫達到了碳納米管的兩倍,即在800攝氏度甚至更高的溫度下依然能夠使用。迄今為止,科學家只能夠生產出1微米長的高質量納米管;較長的納米管則會因為晶狀結構而出現很多小孔。

在《納米技術》雜誌於12月16日發表的一篇論文中,一個材料科學家研究小組描述了一種能夠大量生產的、高質量的、均勻的晶狀BNNTs:每段纖維的長度足以紡成容易使用的纖維線。為了實現這一目標,研究人員用一束激光瞄準了填充了氮的一個腔室中的一塊硼(他們最初使用的是紅外線激光,但是這項技術經過改進後使用了常規的焊接激光)。這便產生了一股向上噴發的硼氣柱。研究人員隨後將一根冷凍的金屬絲插入這種氣體,從而使其冷卻下來,並形成了液態小滴。最終,這些小滴與氮結合在一起從而形成了BNNTs。研究小組成員之一、美國宇航局(NASA)宇宙航空科學家Michael Smith表示:「這就像一台發動機中的『燃料——空氣——點火』過程。這一反應非常激烈,僅僅在幾毫秒內便能夠形成很長的納米管。」

這一爆炸反應能夠迅速產生大量看起來像棉花糖堆一樣的高質量的BNNTs——這比之前用任何方法一次得到的高質量BNNTs都要多。這些纖維表現出了所有重要的屬性:強度、壓電作用、傳導性以及在高溫下的穩定性——這也是BNNTs之所以受追捧的主要原因。並且生產這些BNNTs所用的方法能夠用於商業材料和工具的製造。

成功製造大量廉價的納米管為研製更輕更快的車體結構、可以負擔得起的空間飛行器,以及超輕型裝甲敞開了一扇大門。通過黏附在腫瘤上,有針對性地吸收中子束,並產生局部阿爾法輻射來消滅癌症,BNNTs能夠用來精確打擊癌細胞。

NASA工程師Dennis Bushnell表示:「這是材料革命的一個開端。」Bushnell很希望BNNTs能夠用於空間飛行器的研製工作。他說,人們通常認為生產高質量碳納米管要比生產高質量BNNTs容易得多,但是這種簡單的新方法或許能夠改變這種想法,並且讓納米管能夠更快地投入更多應用。Bushnell指出:「到處都在討論節省能源,而新技術會使許多產品變得更輕,同時也有望更便宜。」
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