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  • 新的超细纤维发射器的扫描电子显微照片,示出了蚀刻成它们的侧面矩形柱的阵列。

    新的超细纤维发射器的扫描电子显微照片,示出了蚀刻成它们的侧面矩形柱的阵列。

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解锁纳米纤维的潜力

新的超细纤维发射器的扫描电子显微照片,示出了蚀刻成它们的侧面矩形柱的阵列。

原型提升生产四倍多功能的纤维,而由92%的切割能量消耗。


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纳米纤维 - 聚合物长丝直径只有几百纳米 - 有巨大的潜在应用范围,从太阳能电池到水过滤到燃料电池。但到目前为止,其高制造成本已经退居他们只有几个利基产业。

在该杂志最新一期 纳米技术,澳门太阳城最新网站的研究人员描述了生产,增加生产的四倍,同时降低能耗90%以上,伸出廉价,高效的纳米纤维生产的前景率纳米纤维的新技术。

“我们已经证明,通过静电纺丝,胜过现有技术的状态,以生产纳米纤维的系统方法,”路易斯·费尔南多·贝拉斯克斯加西亚,在澳门太阳城最新网站的微系统技术实验室的主要研究科学家,谁领导的新作如是说。 “但是,它的工作方式打开了一个非常有趣的可能性。我们组和其他许多团体正在努力进一步推3-d印刷,以使其可以打印转导组件,即致动,不同域之间的交换能,如太阳能电或机械的。我们有一些自然融入那张照片。我们可以看作是一个点阵打印机,在这里你将能够单独控制每个发射器打印纳米纤维的存款发射器阵列“。

纠结的故事

纳米纤维是从表面积与体积的高比率有利于任何应用 - 太阳能电池,例如,它试图最大化暴露于阳光下,或燃料电池用电极,其在它们的表面催化反应。纳米纤维也可以产生是可渗透的仅在非常小的尺度,例如水过滤器的材料,或者是它们的重量显着坚韧,似防弹衣。

制造纳米纤维的标准技术被称为静电,它有两个品种。在第一,聚合物溶液通过小喷嘴泵送,然后强电场延伸出来。该过程是缓慢的,但是,每单位面积的喷嘴的数量由泵液压的大小的限制。

另一种方法是通过金属锥体和集电极电极覆盖的旋转鼓之间施加电压。锥体浸入在聚合物溶液中,并且电场引起溶液行进到锥体,其中它向电极作为纤维射出的顶部。这种方法是不稳定的,但是,并产生不均匀的长度的纤维;它也需要电压高达10万伏。

小思

贝拉斯克斯 - 加西亚和他的合着者 - 菲利普·庞塞·德莱昂,前硕士研究生机械工程;弗朗西斯·希尔,在委拉斯开兹,加西亚的组谁现在是在KLA-Tenc要么公司前博士后;和Eric heubel,电流博士后 - 适应的第二种方法,但在更小的规模,使用微机电系统的制造中常用的技术,以产生微小的发射器的密集阵列。发射器小尺寸减小所需的电压以驱动它们,并允许更多的人将被包装在一起,从而增加生产率。

同时,一个nubbly纹理蚀刻到发射器侧调节在该流体朝向其尖端流动,从而产生均匀的纤维即使在高制造速率的速率。 “我们做了各种各样的实验,他们都表明排放量是均匀的,”贝拉斯克斯加西亚说。

建立自己的排放,委拉斯开兹,加西亚和他的同事们使用一种称为深反应离子蚀刻技术。在硅晶片的任一面,它们刻蚀微小矩形柱的密集阵列 - 跨越数十微米 - 这将调节流体向上发射器的两侧的流动。然后他们削减锯齿图案出晶片。锯齿垂直安装,并且它们的基部被浸没在去离子水,乙醇,和溶解的聚合物的溶液。

当电极被安装在锯齿和它们之间施加相反的电压时,水 - 乙醇混合物向上流,拖动聚合物链与它。水和乙醇迅速溶解,留下聚合物长丝的缠结每个发射器的对面,在电极上。

研究人员能够收拾225米的发射器,数毫米长,大约在侧边35毫米的正方形芯片上。在8000伏的相对低的电压,该装置产生的四倍为每单位面积多纤维作为最好的商业电纺丝设备。

该作品是“展示传统MEMS [微机电系统]制造工艺走向平行纳米制造的能力强的优雅和创新的方式,”礼ghodssi,在马里兰大学电气工程教授说。相对于其他方法,他补充说,有“增加的潜力,其放大,同时保持由应用了处理方法的完整性和准确性。”


主题: 研究, 工程学院, 制造业, 机械工业, 微系统技术实验室, 纳米科学和纳米技术

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