I nanotecnologi dell'Università del Texas a Dallas hanno inventato una tecnologia ampiamente dispiegabile per la produzione di tessuti tessili, maglia, cucibile, e filati annodabili contenenti fino al 95% in peso di polveri e nanofibre ospiti altrimenti non filabili. Una minuscola quantità di rete di nanotubi di carbonio ospite, che può essere più leggero dell'aria e più forte per libbra dell'acciaio, confina il particolato ospite nei corridoi di pergamene altamente conduttive senza interferire con la funzionalità ospite per applicazioni come l'accumulo di energia, conversione di energia, e raccolta di energia.
Utilizzando la tecnologia convenzionale, le polveri sono tenute insieme in un filato utilizzando un legante polimerico o incorporate su superfici in fibra, ed entrambi gli approcci possono limitare la concentrazione di polvere, accessibilità della polvere per fornire funzionalità del filato, o la forza necessaria per la trasformazione del filato in tessuti e applicazioni successive.
Nel numero del 7 gennaio della rivista Scienza , i coautori che lavorano nell'Alan G. MacDiarmid NanoTech Institute di UT Dallas descrivono l'uso del biscrolling per risolvere questi problemi, e dimostrare la fattibilità dell'utilizzo dei loro filati biscrollati per applicazioni che vanno dai cavi superconduttori e tessuti elettronici alle batterie e alle celle a combustibile contenenti elettrodi intrecciati flessibili.
I filati biscrolled prendono il nome dal modo in cui vengono prodotti:uno strato uniforme di materiale ospite viene depositato sopra una rete di nanotubi di carbonio, che si chiama host. Questa pila ospite/ospite a doppio strato viene quindi attorcigliata per formare un filato biscrollato. A seconda dei vincoli di estremità e della simmetria delle sollecitazioni applicate, l'inserimento di torsione provoca versioni distorte di Archimede, doppio Archimede, o pergamene di Fermat, che sono estensioni tridimensionali delle spirali di Archimede e di Fermat e delle combinazioni di spirali che si trovano in natura e venerate da diverse culture per migliaia di anni.
I nastri di nanotubi di carbonio utilizzati dagli inventori per il biscrolling non sono normali fogli di nanotubi di carbonio:possono essere estratti fino a due iarde/secondo da foreste di nanotubi di carbonio, che sembrano foreste di bambù in cui alberi di bambù di due pollici di diametro si elevano per un miglio nel cielo. Quattro once di questi fogli coprirebbero un acro e sono spessi circa 50 nm quando densificati, che è circa mille volte più sottile di un capello umano o di un normale foglio di carta.
Questi robusti nastri di nanotubi di carbonio tengono insieme filati biscrollati che sono per lo più polveri e consentono persino il lavaggio in lavatrice di tessuti contenenti filati biscrollati senza una significativa perdita di polvere. La sottigliezza del nastro significa che centinaia di strati di scorrimento possono essere alloggiati in un filato biscrolled avente circa il diametro di un capello umano. Allo stesso tempo, il nastro di nanotubi fornisce conduttività elettrica al filato, e la porosità necessaria per l'accesso delle particelle intrappolate nei corridoi delle ragnatele a liquidi e gas per applicazioni elettrochimiche e di sensori.
La scelta dell'ospite determina la funzionalità dei filati biscrolled. Utilizzando come ospite fino al 95% in peso di LiFePO¬¬4¬, un materiale straordinario per le batterie agli ioni di litio, elettrodi per batterie agli ioni di litio ad alte prestazioni sono stati dimostrati dai ricercatori di UT Dallas, e ha dimostrato di avere le prestazioni della batteria, flessibilità e robustezza meccanica necessarie per l'incorporazione negli indumenti che immagazzinano e generano energia. Il biscrolling ospite di nanotubi di carbonio drogati con azoto ha fornito catodi di celle a combustibile altamente catalitici per la generazione chimica di energia elettrica, che evitano la necessità di costosi catalizzatori al platino. Biscrolling una miscela di polveri di magnesio e boro e trattamento termico, sono stati prodotti filati MgB2 superconduttori, che ha eliminato i trenta o più passaggi di trafilatura utilizzati per la produzione convenzionale di fili superconduttori. Utilizzando ospite fotocatalitico di biossido di titanio, sono stati ottenuti filati biscrollati per tessuti autopulenti.
"La tecnologia biscrolling di UT Dallas è ricca di possibilità applicative che vanno ben oltre quelle descritte in Scienza rivista. Ad esempio, il nostro collaboratore, il professor Seon Jeong Kim dell'Università di Hanyang in Corea, ha già utilizzato il filato biscroll per realizzare celle a biocombustibile migliorate che potrebbero essere utilizzate per alimentare impianti medici, " ha detto l'autore corrispondente dell'articolo, Dottor Ray H. Baughman, Robert A. Welch Professore di chimica e direttore del NanoTech Institute dell'UTD. "Sono particolarmente orgoglioso di due dei nostri ex studenti delle scuole superiori NanoExplorer, Carter Haines e Stephanie Stoughton, che sono coautori universitari sia del nostro articolo sulla rivista Science che della nostra domanda di brevetto depositata a livello internazionale sul biscrolling."
