科研人員發(fā)現(xiàn)碳納米管可實(shí)現(xiàn)熱能機(jī)械能互轉(zhuǎn)
發(fā)表時(shí)間：2010-02-23 文章來源：
比頭發(fā)絲的萬分之一還細(xì)的一根碳納米管，也能成為納米器件的供能單元。近日，上海大學(xué)研究人員在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)，碳納米管在一定條件下可實(shí)現(xiàn)熱能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化，這項(xiàng)成果有望令納米 “能量轉(zhuǎn)換器”成為可能。
碳納米管，簡(jiǎn)單來說就是將網(wǎng)狀分布的碳原子卷成一個(gè)無縫管子。自發(fā)現(xiàn)以來，它憑借強(qiáng)度大的特性，用于構(gòu)造多種納米機(jī)械器件，如納米秤、納米信號(hào)發(fā)射器等，但均被用于結(jié)構(gòu)單元或耗能單元。碳納米管能不能將外部能源轉(zhuǎn)化為機(jī)械能做功，還有啥未知特性等待開掘，成為學(xué)界關(guān)注焦點(diǎn)。
突破要從“多米諾”說起。上海大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué)研究所張?zhí)镏医淌谕ㄟ^分子動(dòng)力學(xué)模擬，發(fā)現(xiàn)直徑大于3.5納米的單壁碳納米管一端被壓扁后，塌陷部分會(huì)沿縱向擴(kuò)展至整個(gè)碳納米管。研究人員從這個(gè)現(xiàn)象中看到了能量的變化軌跡：納米管逐漸變扁的過程中，儲(chǔ)藏在其中的勢(shì)能部分轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。
這個(gè)“沖力”有多大？測(cè)算表明，碳納米管中的多米諾波速可達(dá)1.1km/s。對(duì)此，張教授打了個(gè)比方：如果以此為基礎(chǔ)造出一把“納米槍”，子彈出膛就是這個(gè)速度，可別小看它，這可是AK—47沖鋒槍出口速度的1.5倍。據(jù)了解，相關(guān)論文在國(guó)際權(quán)威刊物《物理評(píng)論快報(bào)》發(fā)表后，即被國(guó)際頂級(jí)刊物《自然》選作研究亮點(diǎn)進(jìn)行報(bào)道。
然而，探索并未停止。供能單元有兩個(gè)必備條件：其一，有能量轉(zhuǎn)換；其二，能量轉(zhuǎn)換能反復(fù)發(fā)生。為此，研究人員開始尋找能讓扁了的碳納米管恢復(fù) “圓柱狀”的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加熱正是他們需要的答案——加溫至100攝氏度這個(gè)臨界溫度以上，吸收了熱能的扁管子能重新鼓起來，而一旦降到100攝氏度以下，管子又扁了。這一新特點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)無疑在碳納米管上找到了熱能、機(jī)械能不斷相互轉(zhuǎn)換的橋梁。
“如果能控制好熱環(huán)境，碳納米管的能量轉(zhuǎn)換甚至可能‘永動(dòng)’。”張?zhí)镏艺雇@一研究的應(yīng)用前景時(shí)說。
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