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中国时间: 02:59 2016年12月09日星期五

小小缎带刚而柔:纳米科技改善容器品质


最近开发出来的一种塑料复合材料可能很快就能让人们为天然气汽车制造出更好、更轻的燃料箱,还能保持汽水瓶的密封性,不让饮料跑气。这只是超薄材料石墨烯的潜在用途的两个例子而已。科学家2004年首次把石墨烯从石墨材料中剥离出来。在德克萨斯州莱斯大学(Rice University)的纳米技术实验室,科研人员正在对这种单薄而又坚固的单原子层二维材料进行测试。

虽然这片塑料膜看起来弱不禁风,但是莱斯大学纳米技术研究员相昌盛说,它其实非常坚实。

相昌盛介绍说:“这个薄膜非常坚固,同时又非常柔韧。所以你看,我们可以把它拉得那么长。实际上,它可以拉长到原来的700%。”

莱斯大学的研究人员已经把厚度不超过一个原子的石墨烯缎带加入到汽水瓶中,堵住分子与分子之间的微小空隙。

虽然这些塑料瓶用肉眼看是固体,不过在纳米层级,这种材料是由巨大的分子组成的,中间有很大空隙,分子要小得多的气体可以从中逃逸,造成瓶内饮料跑气。

石墨烯可以更好地保持汽水和啤酒等加压封装饮料的原味。

莱斯大学化学教授詹姆斯•图尔(James Tour)说,眼前很多东西,包括他的书桌和电脑,看上去密不透风,其实远非如此。

图尔教授说:“如果从化学分子或者纳米层次上观察,这些东西看上去就不一样了,整个世界都大不一样了。"

目前,汽水瓶里已掺入了纳米陶土,以防瓶内气体逃逸。不过,图尔说,石墨烯缎带更便宜,也更有效。

他说:“我们防止气体外泄的能力加强了大约1000倍,气体渗透也减缓了大约1000倍,而纳米陶土也许只能改进大约10%。”

气体除了外逃,还有内渗问题。氧气会穿透常规塑料容器,进入内装食物和饮料。

莱斯大学的图尔教授说:“二氧化碳的分子比氧气大,氧气比二氧化碳小。所以要想法防止氧气进入塑料瓶。”

相昌盛用中文解释说:“比如说目前在雪碧的包装瓶当中,现在可能能坚持三个月。如果我们放一些石墨烯进去,可能坚持五个月、十个月,甚至更长。所以这是我们工作的主要目的和意义。”

对天然气储存器来说,石墨烯也具有更好的密封性,同时还解决了天然气汽车必须挂载沉重的储气罐的问题。

图尔介绍说:“我们可以不再使用腊肠形状的储气罐,因为这占了车后箱很多空间。我们可以让储气罐顺势而走,也就是说,把它做成管道或肠子的形状,像蛇一样穿过各个空间。”

图尔和他的团队将继续测试这种材料,并与私营公司合作开发它的商业用途。

这让相昌盛感到欣慰。他说,多数人不能充分理解他和同事们的科研突破所带来的益处,因为这一切基本是在肉眼看不见的世界中进行的。

他说:“纳米技术真的在影响人们的生活,虽然你无法亲眼看到。”

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