• Sunday June 16,2019

9 Möglichkeiten, wie Kohlenstoffnanoröhren die Welt rocken können

Anonim

Oh Carbon Nanotubes, gibt es irgendetwas, was du nicht tun kannst?

Man kann sich Nanotubes als ein Atom dicke Kohlenstoffplatten vorstellen, die zu Rohren gewalzt wurden. Die Forscher wissen, dass die Dinge, wenn sie so klein werden, ein bisschen komisch wirken, und Labore auf der ganzen Welt versuchen nun, die ungewöhnlichen Eigenschaften von Nanoröhren zu nutzen. Mit ihrer außergewöhnlichen Stärke und ihrem faszinierenden Gespür für die Strom- und Wärmeleitung finden Nanoröhrchen in allen Bereichen Anwendung, von Krebsbehandlungen bis zu Wasserstoffautos. Diese Kohlenstoffstrukturen sind zwar winzig - der Durchmesser einer Nanoröhre ist etwa 10.000 Mal kleiner als ein menschliches Haar -, aber ihre Auswirkungen auf Wissenschaft und Technologie waren enorm.

Hier zählen wir neun der verlockendsten Möglichkeiten für diese Giganten auf der Liliputischen Bühne. Sie werden wahrscheinlich nicht alle ausschwenken, aber wenn Nanoröhrchen nur ein paar dieser Vorhersagen erfüllen, sind sie das Summen wert.

9. Röntgengesteuerte RöntgenstrahlenEin neues auf Nanoröhren basierendes Bildgebungssystem könnte schärfere, schnellere Bilder aufnehmen, die heutige Röntgen- und CT-Aufnahmen übertreffen. Forscher der University of North Carolina sagen, ihr Gerät sei besonders nützlich für die Abbildung von Organen, die ständig in Bewegung sind, wie Herz und Lunge.

In einem herkömmlichen Röntgengerät emittiert ein Filament Elektronen, wenn es über eine bestimmte Schwelle erwärmt wird, und diese Elektronen fliegen durch den Körper und schlagen auf eine Metallelektrode auf der anderen Seite, wodurch Bilder erzeugt werden. CT-Scans erzeugen dreidimensionale Bilder durch Drehen der Elektronenquelle. Das neue System verwendet jedoch eine Reihe von Kohlenstoff-Nanoröhren, die gleichzeitig Hunderte von Elektronen emittieren, sobald Spannung an sie angelegt wird. Das System ist schneller als ein herkömmliches Röntgengerät, da es keine Filamente zum Aufwärmen gibt und die mehreren Nanoröhrenemitter auch Bilder aus vielen verschiedenen Winkeln aufnehmen können, ohne sich zu bewegen.

8. Die Unterstützung von Wasserstoff-Wagen mit Wasserstoff-Brennstoffzellen war schon seit Jahren ein Traum von sauberer Energie, der jedoch weitgehend von den Kosten für die Herstellung von Brennstoffzellen behindert wurde. Das Energieministerium schätzt, dass die Hälfte des Preises einer Brennstoffzelle auf den Platinkatalysator zurückzuführen ist, mit dem die Reaktion beschleunigt wird, die Energie produziert. Im Februar fand ein Forscherteam jedoch heraus, dass mit Stickstoff dotierte Bündel von Kohlenstoff-Nanoröhren einen effizienteren und kompakteren Katalysator bilden.

Während die Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen derzeit recht teuer ist, stellen die Forscher fest, dass der Preis gefallen ist. Forscher der University of Dayton, Ohio, stellen fest, dass die Produktionskosten für Nanoröhrchen seit 1990 um das Hundertfache gesunken sind, während solche Preissenkungen bei Platin, einer begrenzten natürlichen Ressource, nicht wahrscheinlich sind.

7. Diagnose via NanotubeSpanish Forscher sagen, dass Nanoröhrchen sogar bei einem peinlichen medizinischen Problem helfen können, und haben einen Biosensor geschaffen, der Pilzinfektionen diagnostizieren kann (irritierende Pilzinfektionen, die sich auf die Genitalien auswirken können). Die Wissenschaftler sagen, ihr Gadget bietet eine schnellere Diagnose als die heutige typische Methode, bei der eine Zellprobe entnommen und im Labor gezüchtet wird, um nach dem Candida albicans- Pilz zu suchen.

Die Forscher bauten einen Transistor, der Kohlenstoffnanoröhrchen und Antikörper enthält, die für den Angriff auf die Candida- Hefezellen programmiert sind. Wenn eine Zellprobe auf den Biosensor gelegt wird, ändert die Wechselwirkung zwischen der Hefe und den Antikörpern den elektrischen Strom des Geräts. Die extrem leitfähigen Nanoröhrchen zeichnen die Veränderung auf und ermöglichen den Forschern die Messung der vorhandenen Hefe.

6. Die kleinsten Chips in den LandNanotubes könnten sogar das Ende eines Bausteins unserer modernen Welt bedeuten: den siliziumbasierten Computerchip. Mehrere Forschungsgruppen haben Wege gefunden, Kohlenstoff-Nanoröhren zu "entpacken", um atomdicke Graphenbänder zu erzeugen. Wie Silizium ist Graphen ein Halbleiter, aber die Bänder in Nanogröße könnten verwendet werden, um auf jedem Computerchip viel mehr Rechenleistung zu platzieren.

Die Forscher haben Graphenbänder bereits früher hergestellt, jedoch nie so leicht - zuvor wurden die Bänder aus größeren Graphenblättern geschnitten, wodurch ihre Größe und Form kaum kontrolliert werden konnten. Im Gegensatz dazu ist das Entpacken von Nanoröhrchen ein präziser Prozess. Eine Forschungsgruppe klebte die Nanoröhrchen zuerst auf einen Polymerfilm und ätzte dann mit Argongas einen Streifen von jedem Röhrchen weg, um die Nanobänder herzustellen.

5. Drehen Sie auf! Die nächste Anwendung könnte für eine lautere Welt sorgen: Chinesische Forscher haben einen Weg gefunden, flexible, papierdünne Lautsprecher aus Nanoröhrchenplatten herzustellen. Die Wissenschaftler sagen, die Technologie könnte genutzt werden, um alles, von Kleidung bis hin zu Zeitschriften, um eine auditive Dimension zu ergänzen - und um ihren Standpunkt zu beweisen, setzen sie eine auf eine wehende Flagge.

Die Nanospeaker erzeugen keinen Klang wie herkömmliche Lautsprecher, die durch das Vibrieren der umgebenden Luftmoleküle Geräusche machen. Stattdessen nutzen sie ein Phänomen, das als thermoakustischer Effekt bezeichnet wird, wodurch Blitze Donner erzeugen. Wenn ein elektrischer Strom durch die Nanoröhrenbleche fließt, erwärmen und dehnen sie die Luft in ihrer Nähe aus und erzeugen Schallwellen.

4. Lehren aus der GeckoReal-Welt ziehen Spidermen konnten eines Tages dank eines Klebstoffs aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen die Wände abtasten. Die Substanz ahmt das Design von Geckofüßen nach, die mit Millionen winziger Haare bedeckt sind, die jeweils in einer Fülle von spachtelförmigen Spitzen enden. Die Eidechsen können der Schwerkraft trotzen und schiere Oberflächen hinaufgehen, denn wenn sich diese winzigen Spitzen in der Nähe einer Oberfläche befinden, induzieren sie eine starke Anziehungskraft, die auf der atomaren Skala wirkt, die als Van-der-Waals-Kraft bekannt ist.

Die Nanotech-Version dieses Systems ist ein Klebstoff, der zehnmal klebriger ist als der Fuß des Geckos. Die Forscher stellten Arrays aus vertikal ausgerichteten Nanoröhrchen her, die mit kürzeren Nanoröhrchen-Bits wie verzweigten Baumkronen gekrönt wurden. Der Klebstoff arbeitete auf einer Vielzahl von Oberflächen, darunter Glattglas und raues Sandpapier, aber der Halt konnte von denjenigen, die den Trick kannten, leicht gebrochen werden. So wie ein Gecko seinen Fuß von der Wand weghebt, ziehen die Forscher das Klebepad in einem Winkel von 90 Grad weg, so dass nur die Spitzen der verzweigten Nanotube-Bits die Oberfläche berühren und sich leicht lösen.

3. Flexible, biegbare Elektronik Stellen Sie sich einen Computerbildschirm vor, der wie ein Zeitungsblatt gebogen, zur Hälfte gefaltet oder sogar zusammengeknüllt werden kann, ohne dass seine Funktion im geringsten beeinträchtigt wird. Forscher der Universität Tokio unternahmen im Mai einen Schritt in diese Richtung, als sie ein Display aus organischen Leuchtdioden (OLEDs) zusammen mit einem gummiartigen Leiter auf Nanoröhrenbasis konstruierten.

Die organischen Verbindungen in einem OLED-System emittieren Licht, wenn ein elektrischer Strom durch sie geleitet wird, und sie benötigen keine Hintergrundbeleuchtung, so dass sie dünner als herkömmliche Displays sind. Da Nanoröhrchen natürliche Halbleiter sind, leiten sie die Elektrizität zu den organischen Verbindungen. Forscher können sich genug technologische Anwendungen vorstellen, um eine Weltausstellung zu füllen, einschließlich Lebensmittelpaketen mit interaktiven Displays, künstlicher Haut für Roboter und Beschichtungen für Flugzeuge, die das Fahrzeug auf Abnutzung prüfen.

Eine kostengünstige Großserienfertigung könnte um die Ecke sein: Die Forscher verwendeten ein billiges industrielles Druckverfahren, um die Nanoröhren auf einer gummiartigen Oberfläche abzuscheiden.

2. Space Elevator, Going UpCarbon-Nanoröhrchen sind für ihre überragende Stärke bekannt. Im März manipulierten Forscher der University of Texas diese Eigenschaft, um ein Material zu erzeugen, das gleichzeitig stark, dehnbar und fast so leicht wie Luft ist. Die Forscher machten ein Aerogel (einen Feststoff mit geringer Dichte) aus Nanoröhrchen und fanden heraus, dass in so stark wie Stahl war. Durch das Anlegen einer Spannung an das Material wurde es dehnbarer als Gummi.

Welche Verwendungsmöglichkeiten könnte die Welt für ein solches Material finden? Eine Idee ist es, Nanotubeseile so zu gestalten, dass sie als Kabel für einen Weltraumaufzug dienen, der Astronauten, Fracht oder sogar Touristen in die Umlaufbahn bringen könnte. Die 62.000 Meilen langen Kabel müssten fest und flexibel sein, damit sie nicht brechen, wenn sie von atmosphärischen Stürmen und Weltraummüll geschlagen werden, aber leicht genug, um nicht unter ihrem eigenen Gewicht zusammenzubrechen.

1. Tumor BlitzDie winzigen Röhrchen könnten eines Tages sogar ein Muss in Krebskrankenhäusern sein. In einer kürzlich durchgeführten Studie injizierten die Forscher Kohlenstoffnanoröhrchen in Nierentumoren bei Mäusen und richteten dann einen Nahinfrarot-Laser auf die Tumore. Die Röhrchen reagierten auf den Laserstrahl mit Vibrationen, wodurch genügend Wärme erzeugt wurde, um die umgebenden Tumorzellen abzutöten.

In der Gruppe, die die höchste Dosis an Nanoröhren erhielt, gefolgt von einer 30-sekündigen Laserbehandlung, schrumpften die Tumoren und verschwanden bei 80 Prozent der Mäuse vollständig. Das Verfahren schien die inneren Organe der Tiere nicht zu schädigen und hinterließ nur eine leichte Verbrennung auf der Haut. Die Forscher haben jedoch noch nicht bewiesen, dass Nanoröhrchen sicher und nicht toxisch sind, und sagen, dass noch viel Forschung betrieben werden muss, bevor solche Verfahren für den Test an Menschen bereit sind.


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