カーボンナノチューブで作られた新素材は、環境からエネルギーを消去し、電気を生産することができます。

MITのエンジニアは、周辺の液体との相互作用して、電流を生成することができる小さな炭素粒子を使用して電気を生成するための新しい方法を発見した。

液体、 有機溶剤、粒子の電子を引き出し、駆動するために使用することができる電流を生成します。 化学反応 またはマイクロまたはナノスケールのロボットに電力を供給するために研究者たちは言う。

「このメカニズムは、新しいこのような方法で エネルギー MIT化学工学科のCarbon P. Dubbs教授Michael Stranoは全く新しいものです。 「この技術は、この粒子の層を介して溶媒を流すためだけに興味深いです。これにより、電気化学を行うことができますが、電線はありません」

この現象を説明する新たな研究で研究者は、これを使用することができていることを示しました 電流 アルコール酸化として知られて反応を誘導するために、化学業界で重要な有機化学反応です。

Stranoはこの論文の選任著者です。 ネイチャー通信。 この研究の主な著者は、MITの大学院生Albert Tianxiang Liuと前MITの研究者Yuichiro Kunaiです。 他の著者には元大学院生Anton Cottrill、ポスドクAmir KaplanとHyunah Kim、大学院生Ge Zhang、最近MIT卒業生であるRafid MollahとYannick Eatmonがあります。

固有のプロパティ

新たな発見は、Stranoの 炭素 ナノチューブ – ユニークな電気的特性を持つ炭素原子の格子で作られた中空管。 2010年にStranoは初めてカーボンナノチューブが「熱波」を生成することができることを実証しました。 時 カーボンナノチューブ 燃料階、動く熱パルスまたは熱波でコーティングされ、チューブに沿って移動して電流を生成します。

この研究でStranoと彼の学生は、カーボンナノチューブの関連機能を発見した。 彼らはナノチューブの一部がテフロンのような、ポリマーでコーティングされたとき、電子がコーティングされた部分でコーティングされていない部分に流れるようにする非対称を生成して 電流。 これらの電子は、電子に飢え溶媒に粒子を浸す取り出すことができます。

この特別な能力を活用するために研究者は、カーボンナノチューブをおろし紙のような物質で作られ、電気を生成する粒子を作った。 各シートの片面をテフロンのようなポリマーでコーティングして、研究者は、 小さな粒子、任意の形状や大きさも可能です。 この研究のために、彼らの250ミクロンx 250ミクロンサイズの粒子を作成しました。

これらの粒子は、アセトニトリルのような有機溶媒にロックさ溶媒が粒子のコーティングされていない表面にくっついて電子を取り出す開始します。

「溶剤は、電子を奪ってシステムは、電子を移動させて平衡を達成しようとします。」とStranoは言います。 「内部には洗練されたバッテリーの化学はありません。粒子にすぎず、溶媒に入れると、電界を生成する開始します。」

粒子力

現在のバージョンの粒子は、粒子あたり約0.7ボルトの電気を生成することができます。 この研究では、研究者は、また、小さな試験管から数百個の粒子の配列を形成することができることを示しました。 この「充填層」反応器は、アルコールがアルデヒドまたはケトンに変換されるアルコールの酸化と呼ばれる化学反応に電力を供給するのに十分なエネルギーを生成します。 通常、この反応は、あまりにも多くの外部の電流が必要なため、電気化学を使用して実行されません。

「充填層反応器は、コンパクトので大規模な電気化学反応器よりもアプリケーションの分野でより多くの柔軟性を持っています。」とZhangは言う。 「粒子は非常に小さくすることができ、電気化学反応を誘導するために、外部ワイヤを必要としません。」

今後の研究ではStranoは、これらの種類のエネルギー生成を使用して、二酸化炭素だけ出発物質として使用するポリマーを作ることを希望します。 関連プロジェクトでは、彼はすでに太陽エネルギーで駆動する過程で二酸化炭素を建築材料として使用して、自分の再生することができるポリマーを作った。 このタスクは、植物が太陽エネルギーを使用して、二酸化炭素で党を生成するために使用する一連の化学反応である炭素固定からインスピレーションを受けました。

長期的にこのアプローチは、マイクロまたはナノスケールのロボットに電力を供給するために使用することができます。 Stranoの実験室は、すでにその規模のロボットを作り始めており、いつかは、診断または環境センサーとして使用することができます。 これらの種類のロボットに電力を供給するために、環境からエネルギーを除去することができるというアイデアは魅力的だと彼は言う。

「これは、エネルギー保存装置を機内に配置する必要がないことを意味します。」と彼は言う。 「このメカニズムについて、我々が好きなのは、環境から少なくとも部分的にエネルギーを得ることができるということです。」