2019年2月5
在弗吉尼亚理工大学的教授大学的科学欧洲杯线上买球希望电力飞机和汽车使用能源存储在他们的外部贝壳。他可能已经发现了一条通向这一愿景使用多孔碳纤维制成所谓的嵌段共聚物。
从左到右:天宇刘,刘实验室的博士后;阿萨德汗,第五年化学博士生;和郭亮”格雷格“刘助理教授化学和高分子创新研究所的一员。所有三个导致使用嵌段共聚物的研究创建多孔碳纤维。不是见期刊文章的第一作者,前博士后Zhengping周。(图片来源:弗吉尼亚理工大学)
碳纤维,已经称为一个高性能工程材料,广泛应用于航空航天和汽车工业。一个应用程序是豪华车的炮弹像奔驰,宝马、兰博基尼。
碳纤维,薄的发丝、碳,拥有多个主要材料特性:它们是机械强,耐化学、导电、阻燃,也许最重要的是,轻量级的。碳纤维的重量提高燃料和能源效率、生产更快的飞机和汽车。
设计结构和功能的材料欧洲杯足球竞彩
郭亮刘“Greg”。在化学系助理教授,构思的想法创造碳纤维,不只是结构有用;他们的功能也会有用。
“如果我们可以设计他们的功能,如能量储存?”刘说,大分子创新研究所的一员。“如果你想让他们储存能量,你需要网站把离子。”
刘说理想的碳纤维可以设计了小孔均匀分散在,类似海绵,储存能量的离子。
调整后长期传统的化学法生产碳纤维,刘现在已经开发了一个过程首次合成多孔炭纤维与统一的大小和间距。他这项工作在最近发表的一篇文章中细节在高影响科学进展》杂志上。欧洲杯线上买球
“使多孔碳纤维并不容易,”刘说。“人们已经尝试了几十年。但是质量和一致性的毛孔碳纤维并不令人满意。
“我们设计、合成,然后处理这些聚合物在实验室里,然后让他们进入多孔碳纤维。”
利用嵌段共聚物多孔碳纤维
用两polymers-long刘使用多步化学过程,重复链分子(聚丙烯腈(PAN)和聚(acrylonitrile-block-methyl丙烯酸甲酯)(PMMA)。
锅是众所周知的在高分子化学领域作为碳纤维的前体化合物,和PMMA作为潜藏的材料取出来创建毛孔。
但在过去,其他化学家通常混合锅和PMMA单独成一个解决方案。这创造了多孔碳纤维,但不同的尺寸和空间的毛孔。能量储存带来更大的表面积,发生较小的、统一的毛孔。
刘想出了新主意的焊盘和PMMA,创建所谓的嵌段共聚物。复合聚合物是锅的一半,另一半是PMMA,他们中间共价键。
“这是我们第一次使用嵌段共聚物碳纤维和第一次使用块主要多孔碳纤维在能量储存,”刘说。“通常,我们只有从过程的角度思考,但我们认为从材料设计的观点来看。”欧洲杯足球竞彩
在实验室里合成嵌段共聚物后,粘性溶液然后经历了三个实现多孔碳纤维化学过程。
第一步是电纺的,这种方法使用电力来创建纤维链和硬解成纸一样的材料。接下来,刘把聚合物通过氧化加热过程。在这一步中,锅和PMMA自然分离自组装成的锅和溶胶均匀分散的领域。
在最后一步,称为热解,刘聚合物加热到一个更高的温度。这个过程凝固锅成碳和移除PMMA,留下整个光纤互联中孔和微孔隙。
能量储存的新可能性
虽然这已经突破提高一个高性能工程材料,也许更大的突破是能够使用嵌段共聚物为储能创建统一的多孔结构的可能性。
“它打开了我们的思考方式设计材料储能,”刘说。欧洲杯足球竞彩“现在我们可以开始思考功能。我们不仅使用(碳纤维)作为结构材料也是一种功能材料。”
刘被玩弄这个想法,因为他在2014年加入弗吉尼亚理工大学,但他开始正式研究这个想法后提交赢得提议通过空军年轻调查员计划(YIP)在2016年。
论文的第一作者是Zhengping周、刘的前博士后是北达科他州州立大学助理教授。刘也参与这项研究是天宇,另一个在刘实验室博士后,阿萨德汗,第五年在化学系博士生。
来源:https://vt.edu/