新型納米技術(shù)把電線變?yōu)殡姵?/h1>
2015-06-10 14:38:34曉陽
初中生之友·中旬刊 2015年6期
曉陽
在我們的印象中，電線會消耗一部分輸送的電能，因為電線本身有電阻，在傳輸電能的過程中會發(fā)熱。然而，美國佛羅里達(dá)州中央大學(xué)的研究人員托馬斯發(fā)現(xiàn)，采用特殊的護套覆蓋電線后，電線可變身為儲能的電池。這項新技術(shù)為電池“瘦身”提供了新的思路。
無論是在我們的日常生活中，還是在尖端技術(shù)領(lǐng)域，如何讓電池變得“瘦小”且高效，是科技專家一直在想辦法攻克的難題。比如，如果要讓我們的手機變得更加超薄，就需要能效更高的超薄電池；要讓電動汽車一次行駛里程更長，則需要更輕更強的電池；要使得太空飛行器飛得更快更遠(yuǎn)且成本更低，也需要能效更高的超薄超輕電池。
托馬斯在自家屋子旁邊的小路上進行夜間散步時，也想到了上述問題。換成我們普通人，對那些高深的技術(shù)問題也就想想而已。然而托馬斯是一名物理學(xué)家，他會把日常生活中的一些奇思妙想轉(zhuǎn)化為研究課題。要讓電池變薄，一般會想到用納米技術(shù)。托馬斯的第一個念頭也是用碳納米管。然而，用碳納米管制造電池的成本有些高。如果照這個思路下去，電池是變得超薄了，但是也成為大部分人用不起的“土豪電池”了。于是他接著考慮，是不是可以把電線直接做成電池呢？這樣既可以充當(dāng)通電線路，也可以作為儲能的電池，這種二合一的方法在許多高科技產(chǎn)品的設(shè)計中也常常用到。
托馬斯立即被自己的這個靈光一閃的創(chuàng)意給弄得激動起來。他回到家里，立即為自己設(shè)想中的“電線電池”設(shè)計實驗思路。第二天一早，他就迫不及待地來到實驗室，開始了這個新課題的研究。他給輸送電流的銅線定制了密布的納米晶須，外面套一根起保護作用的高分子套管。這些納米晶須的長度只有頭發(fā)絲直徑的萬分之一，肉眼難辨。在電子顯微鏡下，可以看到這些晶須像一層絨毛，密密麻麻地分布在高分子薄膜套管的內(nèi)表面。在充電模式下，當(dāng)有電流流經(jīng)銅線時，這些納米晶須就“偷走”大部分電能存儲起來。在用電模式下，納米晶須又把電能“釋放”出來，通過銅線輸送給電器的用電器件。
這個過程描述起來似乎比較簡單，但是完成起來相當(dāng)復(fù)雜，首先是要選取合適的原料來制造納米晶須，還要設(shè)計納米晶須的分布模式，選擇哪種高分子套管也很有講究。要經(jīng)過數(shù)以千計的反復(fù)實驗，才能不斷地提升儲能效果。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，單層納米晶須的儲能容量太低，因此可以適當(dāng)增加套管的數(shù)量，但是也不能增加過多，過多會讓“電線電池”變得更加笨重，而單位體積的儲能量降低。
托馬斯說：“這項技術(shù)是非常令人興奮的。我每天都喜歡趕到實驗室，然后看看下面會發(fā)生什么。有時候也會不盡如人意，但即便那樣，失敗會教給我們很多東西。我們正在一步一步地達(dá)成自己的最初愿望，還可能做得更好?！蓖旭R斯表示，“電線電池”將大大增加“移動用電”的使用時間，如果“電線電池”最終能夠上市，將會在多個領(lǐng)域引發(fā)大的變革。
或許在不久的將來，讓我們的手機、電腦等電器超薄且“續(xù)航時間”超長，續(xù)航里程超過1000公里的輕型電動汽車也將不再是夢想，各種航天器的發(fā)射成本也可大幅降低。如果“電線電池”真的研制成功并推廣了，我們的手機或平板電腦或許就能變成卡片那么薄了。我們也不用擔(dān)心手機突然沒電了，“電線電池”可以讓我們一個月充一次電就夠了；當(dāng)手機提醒我們需要充電時，其實還可以用一兩天，我們不必慌忙找地方充電。那樣的使用體驗該有多爽啊！
（選自《新民晚報》）
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無論是在我們的日常生活中，還是在尖端技術(shù)領(lǐng)域，如何讓電池變得“瘦小”且高效，是科技專家一直在想辦法攻克的難題。比如，如果要讓我們的手機變得更加超薄，就需要能效更高的超薄電池；要讓電動汽車一次行駛里程更長，則需要更輕更強的電池；要使得太空飛行器飛得更快更遠(yuǎn)且成本更低，也需要能效更高的超薄超輕電池。
托馬斯在自家屋子旁邊的小路上進行夜間散步時，也想到了上述問題。換成我們普通人，對那些高深的技術(shù)問題也就想想而已。然而托馬斯是一名物理學(xué)家，他會把日常生活中的一些奇思妙想轉(zhuǎn)化為研究課題。要讓電池變薄，一般會想到用納米技術(shù)。托馬斯的第一個念頭也是用碳納米管。然而，用碳納米管制造電池的成本有些高。如果照這個思路下去，電池是變得超薄了，但是也成為大部分人用不起的“土豪電池”了。于是他接著考慮，是不是可以把電線直接做成電池呢？這樣既可以充當(dāng)通電線路，也可以作為儲能的電池，這種二合一的方法在許多高科技產(chǎn)品的設(shè)計中也常常用到。
托馬斯立即被自己的這個靈光一閃的創(chuàng)意給弄得激動起來。他回到家里，立即為自己設(shè)想中的“電線電池”設(shè)計實驗思路。第二天一早，他就迫不及待地來到實驗室，開始了這個新課題的研究。他給輸送電流的銅線定制了密布的納米晶須，外面套一根起保護作用的高分子套管。這些納米晶須的長度只有頭發(fā)絲直徑的萬分之一，肉眼難辨。在電子顯微鏡下，可以看到這些晶須像一層絨毛，密密麻麻地分布在高分子薄膜套管的內(nèi)表面。在充電模式下，當(dāng)有電流流經(jīng)銅線時，這些納米晶須就“偷走”大部分電能存儲起來。在用電模式下，納米晶須又把電能“釋放”出來，通過銅線輸送給電器的用電器件。
這個過程描述起來似乎比較簡單，但是完成起來相當(dāng)復(fù)雜，首先是要選取合適的原料來制造納米晶須，還要設(shè)計納米晶須的分布模式，選擇哪種高分子套管也很有講究。要經(jīng)過數(shù)以千計的反復(fù)實驗，才能不斷地提升儲能效果。研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，單層納米晶須的儲能容量太低，因此可以適當(dāng)增加套管的數(shù)量，但是也不能增加過多，過多會讓“電線電池”變得更加笨重，而單位體積的儲能量降低。
托馬斯說：“這項技術(shù)是非常令人興奮的。我每天都喜歡趕到實驗室，然后看看下面會發(fā)生什么。有時候也會不盡如人意，但即便那樣，失敗會教給我們很多東西。我們正在一步一步地達(dá)成自己的最初愿望，還可能做得更好?！蓖旭R斯表示，“電線電池”將大大增加“移動用電”的使用時間，如果“電線電池”最終能夠上市，將會在多個領(lǐng)域引發(fā)大的變革。
或許在不久的將來，讓我們的手機、電腦等電器超薄且“續(xù)航時間”超長，續(xù)航里程超過1000公里的輕型電動汽車也將不再是夢想，各種航天器的發(fā)射成本也可大幅降低。如果“電線電池”真的研制成功并推廣了，我們的手機或平板電腦或許就能變成卡片那么薄了。我們也不用擔(dān)心手機突然沒電了，“電線電池”可以讓我們一個月充一次電就夠了；當(dāng)手機提醒我們需要充電時，其實還可以用一兩天，我們不必慌忙找地方充電。那樣的使用體驗該有多爽啊！
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