การศึกษาทางคอมพิวเตอร์และเชิงทฤษฎีของเกลียวนาโนคาร์บอนที่มีลักษณะคล้ายเพชร แนะนำว่าพวกมันสามารถให้ทางเลือกแทนแบตเตอรี่ได้โดยการเก็บพลังงานไว้ในระบบกลไกที่มีความเครียด ทีมงานที่อยู่เบื้องหลังการวิจัยกล่าวว่าอุปกรณ์นาโนเธรดสามารถให้พลังงานแก่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และช่วยในการเปลี่ยนไปสู่แหล่งพลังงานหมุนเวียน อุปกรณ์ที่ใช้เก็บพลังงานแบบดั้งเดิมคือแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี
ซึ่งมีมา
ก่อนแม้กระทั่งการใช้ไฟฟ้าอย่างแพร่หลาย แม้จะมีความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมาหลายศตวรรษและเกือบจะถูกใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่แบตเตอรี่ก็ยังคงมีความไร้ประสิทธิภาพและอันตรายเช่นเดียวกับอุปกรณ์อื่นๆ ที่เกิดจากปฏิกิริยาทางเคมี เช่น ปฏิกิริยาเฉื่อยชาในความเย็น
อันตรายจากการระเบิดในความร้อน และความเสี่ยงต่อการรั่วไหลของสารเคมีที่เป็นพิษวิธีเก็บพลังงานอีกวิธีหนึ่งคือการทำให้วัสดุตึงเครียดซึ่งจะปล่อยพลังงานออกมาเมื่อมันกลับคืนสู่สถานะที่ไม่ถูกกรอง ความเครียดอาจเป็นเส้นตรงเช่นการยืดแล้วดึงหนังยางออกจากนิ้วของคุณ
หรือบิดงอเหมือนนาฬิกาไขลานหรือของเล่น กว่าทศวรรษที่ผ่านมา งานทางทฤษฎีของนักวิจัยที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์เสนอว่าคอร์ดที่มีความเครียดซึ่งทำจากท่อนาโนคาร์บอนสามารถบรรลุความหนาแน่นของการเก็บพลังงานที่น่าประทับใจเนื่องจากคุณสมบัติทางกลเฉพาะตัวของวัสดุ
มีประสิทธิภาพเหนือกว่าท่อนาโนคาร์บอน ขณะนี้ การศึกษาเชิงทฤษฎีใหม่โดยทีมงานซึ่งรวมถึง ในออสเตรเลีย ในสิงคโปร์ เปิดเผยว่า อาจมีสถานการณ์ที่กลุ่มของ เธรดนาโนคาร์บอนมีประสิทธิภาพดีกว่าการรวมกลุ่มท่อนาโนคาร์บอนในแง่ของการเก็บพลังงาน
“เราคาดว่าจะมีความสามารถในการจัดเก็บพลังงานเชิงกลที่ดี [สำหรับคาร์บอนนาโนเธรด]” Zhang กล่าวถึงผลลัพธ์ของพวกเขา “แต่น่าประหลาดใจที่เราพบว่าความหนาแน่นของพลังงานอาจมากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนถึงสามเท่าตามทฤษฎี” ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 2558 เข้าร่วมแคตตาล็อก
ของวัสดุ
นาโนคาร์บอนที่เกิดขึ้นในช่วงสี่ทศวรรษที่ผ่านมา นาโนเธรดเป็นโครงสร้าง 1 มิติที่มีอะตอมของคาร์บอนเชื่อมโยงกันด้วยพันธะเดี่ยว (เช่น พันธะในเพชร) กับอะตอมของคาร์บอนอีกสามอะตอมและอะตอมของไฮโดรเจน ในกรณีที่ไม่มีอะตอมของไฮโดรเจน อะตอมของคาร์บอนอาจสร้างพันธะกับอะตอม
ของคาร์บอนตัวที่สี่ในเกลียวที่อยู่ติดกัน พันธะนี้แตกต่างกับโครงตาข่ายคาร์บอนหกเหลี่ยมที่พบในบัคกี้บอล ท่อนาโนคาร์บอน และกราฟีน ในวัสดุเหล่านี้ ออร์บิทัลของอิเล็กตรอนจากแต่ละอะตอมของคาร์บอนจะถูกใช้ร่วมกันระหว่างอะตอมของคาร์บอนเพียงสามอะตอม
ลิฟต์อวกาศ ตั้งแต่ปี 2015 การศึกษาได้เปิดเผยหลายวิธีที่อะตอมของคาร์บอนสามารถจัดเรียงตัวเองในโครงสร้างนาโนคาร์บอนแบบ 1 มิติ นอกจากนี้ ยังสามารถรวมเกลียวหลายเส้นเข้าด้วยกันเพื่อสร้างคอร์ดที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่เทียบได้กับมัดท่อนาโนคาร์บอน ซึ่งมีความแข็งแรงมากจนเคยเสนอว่า
สามารถโยงวัตถุนอกโลกจากโลกเพื่อสร้าง “ลิฟต์อวกาศ” ได้“คุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมของเส้นใยของคาร์บอนนาโนเธรดทำให้พวกมันเป็นส่วนประกอบทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับอุปกรณ์จัดเก็บพลังงาน เพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์และระบบขนาดเล็กขั้นสูง” Zhang อธิบาย
ทีมใช้การจำลองและทฤษฎีไดนามิกของโมเลกุลเพื่อเปรียบเทียบพลังงานสูงสุดที่เก็บไว้ภายใต้แรงดึง แรงบิด และการดัดงอสำหรับท่อนาโนคาร์บอนประเภทหนึ่งและรูปแบบของมัดเกลียวนาโนสองแบบ อันหนึ่งตรงและอีกอันหนึ่งเป็นเกลียว ท่อนาโนคาร์บอนมีความกว้างและลักษณะต่างๆ กัน
มุมที่แผ่นคาร์บอนถูกม้วนไปพร้อมกับตาข่ายรังผึ้ง การเปลี่ยนแปลงทั้งหมดนี้ส่งผลต่อคุณสมบัติของท่อนาโน ทีมงานได้ทำการเปรียบเทียบโดยใช้ (10,10) ท่อนาโนคาร์บอนแบบ “อาร์มแชร์” ท่อนาโนเหล่านี้ถูกม้วนตั้งฉากกับเส้นขัดแตะทำให้มีคาร์บอน 10 อะตอมยาว 10 อะตอมที่ปลายท่อ
สิ่งเหล่านี้
กว้างสำหรับท่อนาโนคาร์บอน แต่ก็เป็นหนึ่งในประเภทที่สังเคราะห์ได้บ่อยที่สุดเช่นกันการวิจัยระบุข้อเสียหลายประการของการใช้ท่อนาโนคาร์บอนเพื่อกักเก็บพลังงาน และข้อดีหลายประการของการใช้ท่อนาโนคาร์บอน ปัญหาหนึ่งของท่อนาโนคือมีแนวโน้มที่จะแบนเมื่อบิดหรืองอ
ซึ่งจะลดพลังงานที่สามารถเก็บไว้ได้ภายใต้ความเครียด ในทางตรงกันข้าม nanothreads ยังคงรักษาโครงสร้างอะตอมไว้ได้ภายใต้ความเครียด แม้ว่าท่อนาโนคาร์บอนแต่ละท่อจะมีคุณสมบัติในการจัดเก็บพลังงานได้ดีกว่าท่อนาโนเดี่ยว แต่ข้อได้เปรียบนี้จะไม่คงอยู่เมื่อท่อนาโนถูกรวมเข้าด้วยกัน
ในทางตรงกันข้าม พันธะที่สามารถก่อตัวขึ้นระหว่างนาโนเธรดที่ซึ่งไฮโดรเจนขาดหายไปจะทำให้พวกเขาเล่นในทีมได้ดีขึ้น ดังนั้นกลุ่มที่มี 19 นาโนเธรดจะมีความหนาแน่นในการกักเก็บพลังงานถึง 2.5 เท่าของชุดที่มีสามเธรด ข้อเสียเปรียบอีกประการของท่อนาโนคาร์บอนคือ การรวมกลุ่ม
สามารถรักษาการบิดงอได้ประมาณหนึ่งในสามของท่อนาโนเดี่ยวเท่านั้น ส่งผลให้ความหนาแน่นของการเก็บพลังงานไม่ค่อยดีนักเมื่อเทียบกับท่อนาโน“การมัดเส้นใยนาโนคาร์บอนสามารถสร้างเป็นกล้ามเนื้อเทียมที่ใช้เส้นด้ายบิดเป็นเกลียว ซึ่งตอบสนองต่อการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า เคมี หรือโทนิค”
แนะนำ “พวกมันอาจเป็นแหล่งจ่ายไฟขนาดเล็กที่มีศักยภาพสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ระบบการรับรู้ทางชีวการแพทย์ที่ฝังไว้ซึ่งตรวจสอบการทำงานของหัวใจและสมอง ไปจนถึงหุ่นยนต์ขนาดเล็กและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์”เพื่อแสวงหาการตรวจสอบความถูกต้องของผลการทดลอง
credit : เว็บแท้ / ดัมมี่ออนไลน์
