【科技新創】發電免電線 MIT科學家利用奈米碳管提電
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【科技新創】發電免電線 MIT科學家利用奈米碳管提電

29th June, 2021| In Technology

電線是取得電缺一不可的重要材料,但電線的材料具有毒性,也常引起電線走火問題,因此眾多科學家們致力於找出能取代電線取電的方式。MIT(麻省理工學院)發現了一種無須透過電線只需在奈米碳管一側塗上聚合物層,接著讓溶劑流過奈米碳管顆粒與之相互作用即可產生電流的新發電法。
奈米碳管(Carbon Nanotube,CNT)是一種由碳原子晶格製成的空心管,具有獨特電學特性,在應用上是良好電導體。一項發表在《Nature Communications》期刊、由MIT化學工程系教授Michael Strano所領導,關於奈米碳管提電的新方法,引起科學界關注。

其實早在2010年,Strano就曾展示,奈米碳管可以產生Thermopower waves「熱電波」,當奈米碳管塗上一層燃料時,熱電波會沿著碳管傳播產生電流。而隨著研究的跟進,Strano的研究團隊,找到了利用奈米碳管的新方法。研究團隊們在奈米碳管的一端塗上一層特殊的材料,會使奈米碳管碳產生不對稱性。這種不對稱性引發電子自動從奈米碳管的一端流向沒有塗層材料的一端,形成電流。
 
詳細作法是,研究團隊把奈米碳管做成紙狀,並在其中一面塗上類似Teflon(特氟龍)的聚合物,然後切割製成 250 x 250 微米、稱為 Janus 顆粒(Janus particle)的微小物體。接著將這些顆粒放進Acetonitrile(乙腈)有機溶劑,溶劑會黏附在未塗層一面並將電子從中拉出,為了達到平衡,電子開始從塗層區域流到未塗層區域,從而形成電流。

Strano說,「這個發電機制是全新的,這項技術很有趣,沒有複雜的電池化學原理,就是把奈米碳管粒子放在溶劑裡面,它就開始產生電場,無需電線。」

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這項研究巧妙地展示了如何從周遭環境中提取無處不在的電能,以進行電化學合成反應,實驗測試中,團隊發現系統內每個顆粒可以產生約 0.7 伏特電壓,足以利用這種電流來驅動醇(Alcohol)的氧化反應。
 
醇的氧化反應是一類重要的有機反應,一級醇(伯醇)(R-CH2-OH)可被氧化為醛(R-CHO)或羧酸(R-CO2H);(R1R2CH-OH)通常最後氧化為酮(R1R2C=O)的形式,其中,酮能夠參與許多有機反應,例如;與親電試劑反應得到共振穩定的正離子。
 
與大型電化學設備相比,此新發電方式在應用面擁有更大靈活性,因為顆粒可以做得非常小,不用事先儲存能量,也不需任何外部電線來驅動電化學反應。研究人員考慮這種供電方式,還可以為小型或微型機器人供電,用在環境檢測儀或病理檢查等方面。

資訊參考來源:  PCGamer、NewATLAS


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