最新研究表明，扭曲的碳纳米管可以存储高密度的能量，为传感器或其他技术提供动力。研究人员发现，扭曲的碳纳米管单位质量可存储三倍于锂离子电池的能量，使其成为医疗植入物等轻质安全储能应用的理想选择。

扫描电子显微镜图像显示了一些碳纳米管"绳索"受到的不同扭曲应变。 图片来源：Preety Ahuja 观察到的原位显微照片

包括马里兰大学巴尔的摩郡分校（UMBC）先进传感器技术中心（CAST）两位研究人员在内的一个全球科学家团队证明，扭曲的碳纳米管单位质量可存储的能量是先进锂离子电池的三倍。 这一突破将碳纳米管定位为轻质、紧凑、安全的能量存储解决方案，如医疗植入物和传感器。 该研究成果最近发表在《自然-纳米技术》（Nature Nanotechnology）上。

这项研究由四家机构合作完成，分别由日本茅野诹访理科大学的内海重典（Shigenori Utsumi）、日本长野信州大学的金子克美（Katsumi Kaneko）和中国科学技术大学的桑吉夫-库马尔-乌贾因（Sanjeev Kumar Ujjain）领导。 Kumar Ujjain 在信州大学开始了该项目，2022 年加入 UMBC 后继续他的工作。 同样来自中国科协的 Preety Ahuja 在研究的材料表征阶段发挥了关键作用。

研究人员对单壁碳纳米管进行了研究，碳纳米管就像吸管一样，由厚度仅为1原子的纯碳片制成。 碳纳米管重量轻，比较容易制造，强度是钢的 100 倍。 这些令人惊叹的特性促使科学家们探索它们在各种听起来很有未来感的技术中的潜在用途，包括太空电梯。

为了研究碳纳米管储存能量的潜力，UMBC 的研究人员及其同事用成束的市售碳纳米管制造了碳纳米管"绳索"。 在将碳纳米管拉拧成一条线后，研究人员在其表面涂上不同的物质，以增加碳纳米管绳的强度和柔韧性。

研究小组通过扭转绳索并测量绳索松开时释放的能量，测试了绳索能够储存多少能量。 他们发现，性能最好的绳索单位质量可存储的能量是钢制弹簧的 15000 倍，是锂离子电池的三倍。 所储存的能量在-76 至 +212 °F（-60 至 +100 °C）的温度范围内都能保持稳定并可获取。 与电池中使用的材料相比，碳纳米管绳索中的材料对人体也更安全。

"长期以来，人类一直将能量储存在机械螺旋弹簧中，为手表和玩具等设备提供动力，"Kumar Ujjain 说。"这项研究表明，扭曲碳纳米管在机械储能方面具有巨大潜力，我们很高兴能与全世界分享这一消息。"

CAST团队已经在努力将扭曲碳纳米管作为一种能源，用于他们正在开发的传感器原型。

编译自/ScitechDaily