美國研究人員發現，單壁奈米碳管(single-walled carbon nanotube, SWCNT)薄膜不僅具可撓性，同時擁有極佳導熱性質。該發現意味著此類薄膜可望應用於諸多創新的表面科技，從太陽能電池、汽車，甚至到智慧手機及平板電腦的廢熱回收系統。 自然界中缺乏同時擁有可撓性與良好導熱性的材料，但這兩種特性的組合對於製作能在不同表面導熱的裝置(例如金屬散熱片)而言相當重要。過去具備這類結構的散熱系統在一段時間過後，效能會逐漸降低，嚴重時甚至失效，原因是在熱循環的過程中，不同材料之間的介面會裂開或各層分離。 最近，美國史丹佛(Stanford)大學Kenneth Goodson團隊所研發的奈米碳管薄膜可望解決上述問題。他們首度發表了單壁奈米碳管的平面機械合規性數據(compliance data)，並發現其導熱能力與許多金屬相當。該團隊測量了單壁奈米碳管薄膜的機械模數(mechanical modulus)，並釐清其牽涉到的物理機制包含凡德瓦力(van der Waals force)以及碳管間的交互作用。Goodson說明，為了測量薄膜的模數，他們應用先前研發的微機電系統(MEMS)技術，當碳管薄膜置於矽共振器上時，共振器的頻率會偏移，研究人員可以從共振頻率的數據料及電腦模型中分析獲得模數。 此研究團隊同時使用了掃描式電子顯微鏡，以瞭解薄膜中奈米碳管指向與測得模數之關聯。他們採用電腦模擬來確定各因素間的相對貢獻，包含奈米碳管的解開(unzipping)、彎曲(bending)以及糾結(entanglement)。該團隊表示，他們在研究中採用的模擬及實驗有助於設計製作各種以碳管陣列及平面為基材的奈米材料，以同時具有良好導熱性及適當的機械性質。這類材料將可應用於多種能量轉換和熱管理應用上，譬如可攜式裝置的冷卻。 此研究團隊目前正致力於將實驗推廣至金屬奈米線薄膜以及多孔性泡沫金屬材料，這兩類材料皆能抵抗高溫。詳見PNAS | doi: 10.1073/pnas.1312253110。 |