ท่อนาโนคาร์บอนประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนที่ยึดติดกับอะตอมของคาร์บอน ยึดติดกับอะตอมของคาร์บอน และอื่นๆ ทั้งหมดเชื่อมต่อกันเป็นโครงตาข่ายทรงกระบอก เช่น ชิ้นส่วนของลวดไก่ที่ม้วนขึ้น แม้ว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของพวกมันจะแตกต่างกันไป แต่โดยทั่วไปแล้วกระบอกสูบจะมีความกว้างไม่กี่นาโนเมตร (ประมาณความกว้างของโมเลกุลดีเอ็นเอ) นาโนทิวบ์สามารถเป็นแบบผนังเดียว ยืนอยู่คนเดียว หรือหลายผนังซ้อนกัน ซ้อนกันเหมือนตุ๊กตาทำรังของรัสเซีย โดยทั่วไปแล้ว หลอดขนาดเล็กจะทำโดยใช้ก๊าซไฮโดรคาร์บอน เช่น คาร์บอนมอนอกไซด์หรือมีเทน และแยกโมเลกุลออกจากกันด้วยความร้อน เลเซอร์ หรือตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะ จากนั้นคาร์บอนจะพบกันและกันและเกิดพันธะกลายเป็นนาโนทิวบ์
นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าท่อนาโนคาร์บอน
นำความร้อนได้ดีเยี่ยมเป็นพิเศษ นี่คือคุณสมบัติที่มักจะกำหนดเป็นโลหะ (ซึ่งอธิบายว่าทำไมผู้ถือ potholder เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ดี คว้าที่จับโลหะของหม้อบนเตาร้อนและคุณได้รับประสบการณ์การนำความร้อนที่เหนือกว่าของโลหะ) แต่งานวิจัยใหม่ชี้ให้เห็นว่าความสามารถในการนำความร้อนของท่อนาโนคาร์บอนนั้นท้าทายคำอธิบาย
เมื่อพูดถึงการนำความร้อน นักวิทยาศาสตร์มักเรียกความร้อนว่า phonons ซึ่งเป็นกลุ่มการสั่นสะเทือนเล็กๆ น้อยๆ ที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านวัสดุได้ ในวัสดุเทกองทั่วไป เช่น เศษไม้ แผ่นความร้อนเหล่านี้จะชนกันอย่างรวดเร็ว การชนกันเหล่านี้ทำให้ phonons กระจัดกระจายและทำให้ช้าลง
“มันเกือบจะเหมือนกับการพยายามวิ่งผ่านทุ่งที่มีผู้คนพลุกพล่านและเต็มไปด้วยผู้คน” สตราโนกล่าว “คุณไม่สามารถวิ่งให้เร็วที่สุดได้ แม้ว่าคุณจะเป็นนักวิ่งโอลิมปิกก็ตาม”
ใช้ความร้อนกับปลายด้านหนึ่งของท่อนาโนคาร์บอน
และรูดซิปไปที่ปลายอีกด้านหนึ่งได้เร็วกว่าความร้อนที่เดินทางผ่านโลหะที่ดีที่สุด 100 เท่า นักวิทยาศาสตร์ได้พยายามอธิบายความรวดเร็วนี้ในแง่ของเส้นทางที่ไม่มีสิ่งกีดขวางของโฟนอน: ในสภาพแวดล้อมเกือบหนึ่งมิติของท่อนาโนคาร์บอน แพ็กเก็ตความร้อนขนาดเล็กจะเคลื่อนไปมา น่าจะเป็นเพราะพวกเขาเดินทางเป็นเวลานานโดยไม่ชนกัน นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าเส้นทางความร้อนนั้นควรมีขีดจำกัด Chih-Wei Chang จากศูนย์วิทยาศาสตร์เรื่อง Condensed Matter Sciences แห่งมหาวิทยาลัยไต้หวันในไทเปกล่าว
ขณะอยู่ที่มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ ชางและเพื่อนร่วมงานของเขาบิดเบี้ยวนาโนทิวบ์ ทำให้เกิดข้อบกพร่องที่น่าจะขัดขวางแพ็คเก็ตความร้อนที่เดินทางได้ ทีมงานคิดว่าการสะดุดและการกระเจิงที่ตามมาจะส่งผลต่อพลังการนำความร้อนของท่อนาโน แต่แพ็คเก็ตความร้อนเก็บไว้บนรถบรรทุก
“เราประหลาดใจมาก การทดลองของเราแสดงให้เห็นว่าการนำความร้อนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง” Chang กล่าว “ผลลัพธ์นั้นเกินความคาดหมายของเรามาก” การค้นพบนี้ตีพิมพ์ในPhysical Review Lettersในปี 2550 ชี้ให้เห็นว่าสามารถใช้นาโนทิวบ์เพื่อส่งข้อมูลในลักษณะเดียวกับใยแก้วนำแสง ทว่าเมื่อ 3 ปีที่แล้ว นักวิทยาศาสตร์ยังคงไม่เข้าใจว่าทำไมความร้อนจึงไม่เดินทางช้าลงในท่อที่บิดเบี้ยว
Strano กล่าวว่า “เป็นการขัดกับความคิดทั้งหมดอย่างสิ้นเชิงว่าการนำความร้อนยังคงเหมือนเดิม” “มันไม่เคยมีมาก่อนจริงๆ”
Strano ยังได้ตรวจสอบว่าความร้อนผ่านท่อนาโนได้อย่างไร ในการทดลองที่คาร์บอนที่ลุกไหม้ไม่ได้เผาไหม้ ท่อนาโนจะมีอุณหภูมิสูงถึง 2,800 เคลวิน (หรือ2,500ºเซลเซียส)
“เห็นได้ชัดว่าวิทยาศาสตร์บอกเราว่าไม่ควรใช้เวลานานกว่าที่คาร์บอนที่อุณหภูมิ 1,000 องศาเคลวินจะเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ” สตราโนกล่าว “มันควรจะเผาไหม้อย่างสมบูรณ์”
เงื่อนงำของความทนทานของท่อนาโนอาจอยู่ที่ความเร็วพิเศษของคลื่นความร้อน เขาคาดเดา ในโลกมาโคร ถ้าคุณจะเทน้ำมันเบนซินลงไปบนพื้น ให้วางไม้ที่มีความยาวเท่ากันข้างๆ แล้วจุดไฟที่ปลายทั้งสองข้าง เปลวไฟจะเดินทางผ่านเชื้อเพลิงเหลวได้เร็วกว่ามาก . แต่ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ คลื่นความร้อนที่เกิดขึ้นจากการจุดไฟที่ปลายด้านหนึ่งของท่อนาโนที่ชุบด้วยเชื้อเพลิงนั้นเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าที่ทำโดยใช้เชื้อเพลิงจำนวนมากเพียงอย่างเดียวถึง 10,000 เท่า
คลื่นที่เร็วมากนี้กลายเป็นการขยายพันธุ์ด้วยตนเอง Strano กล่าว เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ มันจะปล่อยความร้อนออกไปสู่ท่อนาโน คลื่นความร้อนเคลื่อนที่เร็วกว่าเปลวไฟและความร้อนรั่วไหลกลับออกมาข้างหน้าเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ สิ่งนี้ทำให้เกิดเชื้อเพลิงมากขึ้น และผลกระทบโดยรวมก็คือคลื่นความร้อนที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจนบางที ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่จะเผาไหม้คาร์บอนก็ไม่สามารถเริ่มต้นได้
คลื่นความร้อนไม่เพียงเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของจรวดเท่านั้น แต่เมื่อมันพุ่งไปข้างหน้ามันกระตุ้นอิเล็กตรอนของท่อนาโนและขับเคลื่อนพวกมันไปข้างหน้าเช่นกัน Strano และเพื่อนร่วมงานของเขารายงานในNature Materialsในเดือนมีนาคม คลื่นความร้อนสูงนี้ตามที่ Strano เรียกมันว่าสร้างกระแสไฟฟ้าในอัตราที่น่าประหลาดใจ การค้นพบที่อาจนำไปสู่แหล่งพลังงานใหม่
“ยิ่งคลื่นเร็วเท่าไหร่ พลังก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น” เขากล่าว “อันที่จริง ไม่มีใครคาดเดาได้ว่ามันจะมีพลังมากขนาดนี้ จากมุมมองที่ใช้งานได้จริง ความหนาแน่นของพลังงานนั้นสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอยู่แล้ว และเราไม่ได้พยายามเลย”
แนะนำ : รีวิวเครื่องใช้ไฟฟ้า | รีวิวอาหารญี่ปุ่น| รีวิวที่เที่ยว | ดาราเอวี
