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碳納米管因重量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性強(qiáng)等，可提高能源效率。人們對(duì)其在超低功耗計(jì)算機(jī)和超輕量材料等領(lǐng)域的應(yīng)用寄予厚望。
2014年2月，日本各地降了創(chuàng)紀(jì)錄的大雪，有交通事故和農(nóng)作物受災(zāi)的報(bào)道，但鮮為人知的是，大規(guī)模光伏電站也受到了沉重打擊。
因?yàn)榉e雪遮擋陽光，太陽能電池板無法發(fā)電的情況頻發(fā)。甚至有因架臺(tái)無法支撐雪的重量，導(dǎo)致出現(xiàn)一連串電池板傾倒或脫落等損害。
保護(hù)太陽能電池不遭雪災(zāi)的“布”
可樂麗生活材料公司（大阪市）利用碳納米管（CNT）開發(fā)出了可解決這一問題的產(chǎn)品。
產(chǎn)品的名稱是“布加熱器”。乍看上去就是一塊普通的布，但把手靠近其表面，會(huì)感到一絲絲的溫?zé)�。其�?shí)，整塊布都在發(fā)熱。
CNT具有導(dǎo)電性。把CNT均勻溶解在液態(tài)塑料中，將聚酯紗線浸泡在其中浸涂。這樣制成的紗線叫作“CNTEC”，將其作緯線，用通常的聚酯纖維作經(jīng)線，織成的布料即為“布加熱器”。在CNTEC的兩端安裝電極并接通電源，其中就會(huì)有電流通過，在電阻的作用下會(huì)產(chǎn)生熱量。因?yàn)槊織l紗線都在發(fā)熱，所以整塊布會(huì)均勻加熱。
電熱毯和道路融雪等常用的鎳鉻合金絲是只有S形布線發(fā)熱。想要實(shí)現(xiàn)整個(gè)面均勻加熱，就要消耗大量的電能。而使用CNTEC的布加熱器能夠?qū)崿F(xiàn)大面積均勻加熱，可使耗電量減少2～3成。
如果為太陽能電池板配備這種布加熱器，就可以防范雪災(zāi)。不過，即使這種方法能夠融雪，但如果耗電量太大就不劃算了。為此，可樂麗生活材料公司制作了試制系統(tǒng)，在山形縣多次進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。關(guān)于試驗(yàn)結(jié)果，該公司社長(zhǎng)鳥生雅夫介紹說：“與融雪使用的電能相比，清除積雪后增加的發(fā)電量更多，有足夠的經(jīng)濟(jì)性。”
可樂麗生活材料公司計(jì)劃在10月前后開始銷售CNTEC，今后還將繼續(xù)探索新用途，例如用于道路和房頂?shù)墓?jié)能型融雪系統(tǒng)、電熱毯等。
CNT是名城大學(xué)教授飯島澄男于1991年在全世界首先發(fā)現(xiàn)的。雖然CNT與其他材料相比特性超群，但應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)的技術(shù)難度高，一直沒有突破“夢(mèng)幻新材料”的領(lǐng)域走向?qū)嵱�。不過，時(shí)至今日，隨著實(shí)用化相關(guān)技術(shù)的大幅進(jìn)步，CNT正在逐漸改變我們的生活。
CNT的電特性（易通電等）、機(jī)械特性（強(qiáng)度等）、熱傳導(dǎo)性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他材料。使用加入了CNT的復(fù)合材料，可以在廣泛的領(lǐng)域開發(fā)出新型節(jié)能且多功能的設(shè)備。
CNT有只有一層管的單層CNT和有多層管的多層CNT之分。多層CNT比較容易生產(chǎn)，昭和電工等企業(yè)已經(jīng)開始量產(chǎn)。前面提到的可樂麗生活材料公司使用的也是多層CNT。
而單層CNT雖然量產(chǎn)困難，但與多層CNT相比，特性明顯高出一籌。
舉例來說，住友精密工業(yè)正準(zhǔn)備開發(fā)利用鋁和單層CNT合成的復(fù)合材料，計(jì)劃將其用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)油壓設(shè)備上安裝的熱交換器（下圖）。CNT的傳熱性好，散熱性是普通鋁的4倍。因此可以制造出輕巧、小型的熱交換器，提高飛機(jī)的燃效。
住友精密工業(yè)開發(fā)的噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)用熱交換器。通過合成鋁和單層CNT，把散熱性提高到原來的4倍，并且實(shí)現(xiàn)了輕量化
2013年7月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）與單層CNT融合新材料研究開發(fā)機(jī)構(gòu)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）開發(fā)出了由單層CNT和銅組成的復(fù)合材料。這種材料實(shí)現(xiàn)了劃時(shí)代的性能，在電導(dǎo)率（易通電性）與銅相當(dāng)?shù)那疤嵯拢娏髅芏雀哌_(dá)銅的100倍，而且還不會(huì)發(fā)生斷裂。只需銅線的百分之一的截面積，就能通過與銅等量的電流，而且，即使溫度升高，電阻也不易增加。如果將其應(yīng)用于純電動(dòng)汽車的馬達(dá)，可以大幅縮小馬達(dá)的體積和重量。
目標(biāo)是每克100日元
碳納米管的量產(chǎn)化也有了眉目。2013年12月，納米技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)——名城納米碳（名古屋市）利用產(chǎn)綜研開發(fā)的“eDIPS法”生產(chǎn)技術(shù)，建成了能夠以過去100倍的速度連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)、高純度單層CNT的工廠。該公司是日本唯一一家能夠商業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)單層CNT的企業(yè)。這座工廠生產(chǎn)的單層CNT即將在2014年內(nèi)上市銷售。
但是，工廠一天的產(chǎn)量只有區(qū)區(qū)幾克，目前還是每克10萬日元左右的天價(jià)。不過，名城納米碳的社長(zhǎng)橋本剛說：“在成本中，人工費(fèi)占到了9成，我們希望通過擴(kuò)大規(guī)模、提高運(yùn)營(yíng)效率，使價(jià)格在2、3年內(nèi)降到每克1萬日元。”
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能卓越的碳納米管（CNT）
對(duì)于面積約為50平米的觸摸面板，制作其透明導(dǎo)電膜只需要使用1克的單層CNT。如果價(jià)格能夠降低到5萬日元左右，就有望實(shí)現(xiàn)普及。
名城納米碳還計(jì)劃在5～10年后，實(shí)現(xiàn)每年10噸的量產(chǎn)規(guī)模，把價(jià)格降低到每克100日元。到那個(gè)時(shí)候，CNT還能開辟出電池添加劑這一新用途，能夠降低電池內(nèi)部的電阻，釋放出更多的電能。
電池在充放電時(shí)會(huì)反復(fù)膨脹和收縮，在這個(gè)過程中，材料會(huì)不斷劣化。而CNT基本不會(huì)伸縮，添加到材料中可以大幅延長(zhǎng)電池壽命。因?yàn)镃NT的生產(chǎn)要使用大量氫氣，因此名城納米碳還打算與化學(xué)廠商合作。
另外，最大限度發(fā)揮單層CNT本身特性的技術(shù)開發(fā)也在進(jìn)行之中。
在單層CNT的用途中，最被看好的是超節(jié)能的高性能計(jì)算機(jī)。單層CNT的電子活動(dòng)性是硅的10倍，只需極少的能量就能完成高速運(yùn)算處理。利用單層CNT可制造出超越硅的極限的集成電路。
出處：以單層CNT融合新材料研究開發(fā)機(jī)構(gòu)的資料為依據(jù)
單層CNT的課題——分離及精制技術(shù)也進(jìn)展顯著。在制造單層CNT時(shí)，金屬型CNT與半導(dǎo)體型CNT的比例為1：2。在這種混合狀態(tài)下，CNT無法發(fā)揮出原本的性能。
2013年12月，日本科研人員成功開發(fā)出了高效分離技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的原理是在圓柱形容器中填充凝膠，在其中注入單層CNT溶液后，留下的只有凝膠容易吸附的CNT，其他的全部順著容器流走。然后改變凝膠的pH值等條件，再次注入之前流走的溶液。通過重復(fù)這一過程，就可以使金屬型CNT和半導(dǎo)體型CNT以高純度分離。
通過為布線采用金屬型CNT，為晶體管采用半導(dǎo)體型CNT，可以制造出集成度超高、超高速、超低功耗的計(jì)算機(jī)。
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還在進(jìn)行
作為一種環(huán)保材料，CNT也并非沒有弱點(diǎn)。有看法指出，大量吸入CNT后，有可能像石棉一樣，引發(fā)癌癥和間皮瘤等疾病。
具有極強(qiáng)的耐熱、耐化學(xué)性的石棉也曾是備受追捧的“夢(mèng)幻材料”。但是，因?yàn)樵趹?yīng)用于產(chǎn)業(yè)之前沒有充分檢驗(yàn)其有害性，這種材料引發(fā)了嚴(yán)重的健康危害。為了不重蹈覆轍，現(xiàn)在全世界的研究機(jī)構(gòu)都在開展CNT的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
2011年，日本產(chǎn)綜研安全科學(xué)研究部門主任（現(xiàn)任研究員）中西準(zhǔn)子領(lǐng)導(dǎo)的NEDO項(xiàng)目組制作了CNT的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，報(bào)告提出，在工作環(huán)境下，CNT的容許暴露濃度為0.03mg/m3。目前，各企業(yè)都參考這個(gè)數(shù)字，自主實(shí)施安全管理。
產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)發(fā)出呼吁，希望國(guó)家明確風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)，制定相關(guān)法律。但CNT的形狀和硬度因目的和用途而異，有害性也差別巨大，很難一概而論。
為此，NEDO于2013年10月制定了“安全性試驗(yàn)流程規(guī)范”，作為企業(yè)在確認(rèn)其使用的CNT的安全性時(shí)遵循的方針。
根據(jù)這一規(guī)范，企業(yè)無需實(shí)施耗時(shí)漫長(zhǎng)、成本高昂的動(dòng)物試驗(yàn)，即可簡(jiǎn)單、快速地對(duì)呼吸系統(tǒng)受到的影響進(jìn)行評(píng)估，為評(píng)估形狀各異的CNT提供了條件，也將低了企業(yè)自主管理的難度。
東京大學(xué)特聘教授岸本充生解釋說：“在大約5年前，大家對(duì)于CNT還覺得‘可怕、未知’。但隨著研究的推進(jìn)，大家逐漸形成了一致的意見，那就是通過控制長(zhǎng)度、硬度和表面狀態(tài)，CNT可以安全使用。”為了不讓這種“夢(mèng)幻材料”只是黃粱一夢(mèng)，對(duì)于CNT的安全，必須要有足夠的重視。
