【科技】小小丝线 巨大潜能——铌纳米线超级电容或改变可穿戴技术未来

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现在随处可见的智能手表和健身手环已经成为时尚零件，不受很多人的喜爱。 但是，取决于大小，这些设备的电池容量和待机时间非常有限。

前几天，美国麻省理工大学和加拿大英属哥伦比亚大学的研究者开发的柔性超级电容器，也许能让这种状况成为历史，为智能手表和可穿戴设备带来更有想象力的空间未来。 发表在《acs应用材料和接口》杂志上的相关论文大胆预测了这一点。

魔法化学元素铌

这种方法的核心是用铌纳米线制作的高性能超级电容器。 支持设备的种类有智能手表、心率传感器、电脑、高端智能手机等。 另外，这种大功率、小体积的设备也有望应用于微型自主机器人。

铌是一种具有良好超导性能的金属元素，地球上储量丰富。 在具备超导性能的多种元素中铌是临界温度最高的一种。

由于其独特的电性能，铌经常用于电容器的制造。 铌电容器与同体积的其他电容器相比，具有容量大、实务温度范围宽、寿命长的优点。 现在大量应用于电脑、雷达、导弹和飞机的电路中。

另外，该材料具有优良的耐腐蚀性和生物兼容性，不与人体的各种液体物质起作用，不仅可以缝合医疗器械，还可以缝合神经，代替受损的骨头和关节移植铌材料，移植到人体也没有问题。

碳纳米材料的劲敌

过去十年来，科学家一直在寻找制造高性能超级电容器的材料。 现在最受欢迎的材料不是碳纳米管和石墨烯属，但科学家们对其电导率不满意。

在这项研究中，麻省理工大学的机械工程教授伊恩·提出了w·； 亨特，博士赛义德· m·； 由麦克力和加拿大英属哥伦比亚大学三位研究者组成的研究小组反复试验，最终选定了铌纳米线。 麦克瓦克力和同事通过实验解释说，高能密度不是碳纳米材料特有的，铌纳米材料可能是更好的选择。

新研究了用铌纳米线制作的线制作超级电容器。 一根铌纳米线的直径只有140纳米，相当于人类头发直径的千分之一。

与碳纳米材料相比，新材料具有许多独特的特征。 首先，该材料柔软性高，可编织成织物，形成各种形状，更好地满足制造可穿戴设备的需要。 其次，铌纳米线的强度比碳纳米材料好，导电率也比这些材料高100倍以上。 另外，铌的熔点高达2500，因此制成的超级电容器完全可以用于各种严酷的高温环境，具有优异的寿命。 与此相对，铌类超级电容器可以以同样的体积蓄积碳纳米管材料的5倍的电能。 更有魅力的是，自然界有丰富的含量，因此铌纳米线的超级电容器的价格也很便宜。

可穿戴设备福音

研究人员表示，在小型智能设备和可穿戴设备中，为了大幅度提高续航时间，选择使用电池和超级电容器的组合。 这样的组合使便携式设备的设计更简单。 新纳米线的超级电容器具有远远超过现在的电池的性能，而且占有体积极小，因此有望显着减少设备的尺寸。

麦克力说，在可穿戴设备行业，客户对产品尺寸特别敏感。 如果有苹果手表的话，即使重量减少30%，也可能不特别明显。 但是，减薄30%会有完全不同的感觉。

这种变化在小型设备中特别有价值。 亨特说:“现在的电池有很多问题。 存储效率差，或者小尺寸太多太杂了。 我们的技术正好站在体积和电能的平衡点上，可以在小体积中积蓄大电能。

澳大利亚卧龙岗大学工程教授杰夫斯·平克斯说，这项工作对未来的智能面料和穿戴技术来说有意义。 这项研究对认识铌类纤维超级电容器的惊人表现有足够的说服力。

到目前为止，这种材料只能在实验室小规模生产。 研究人员说，现在他们正在试图制作更实用、更容易大规模生产的版本。 我相信在不久的将来，小铌纳米线会给可穿戴设备带来新的光辉。