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研究开发竹子作为电线替代品

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国家能源与材料研究中心 (CNPEM) 与 PUC-RIO 合作开展了一项开辟新的可持续发展道路的研究。

CNPEM 与 PUC-RIO 合作的研究克服了制造高电导率微通道的挑战,为其在电子和电化学设备中的应用铺平了道路。

位于圣保罗坎皮纳斯的国家能源与材料研究中心(CNPEM)是巴西最大的科研生产中心之一。该中心的研究人员与巴西及海外领先的教育机构——里约热内卢大学科学技术中心(CTC/PUC-RIO)合作,开发出一种利用竹子作为原材料替代电线的方法。这项可持续技术被称为“竹子电子技术”(bambutronics)。
这项研究赋予了竹子一种新的特性,即通过使其天然植物结构中的复杂通道成为优异的电导体。除了其众所周知的机械强度(已应用于家具和建筑行业)之外,植物基质导电性的发现也引发了人们对其新功能的探索。目前,竹子还可用于三维电子电路、微流体加热器以及集成到可持续智能家居中的传感器。

这一重大技术挑战由国家能源与材料研究中心 (CNPEM) 的研究人员 Mathias Strauss 和 Murilo Santhiago 与里约热内卢天主教大学 (PUC-Rio) 的 Omar Ginoble Pandoli 及其团队共同攻克,该团队由 Serrapilheira 研究所资助,利用竹子的天然结构。

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该研究成果以论文形式发表在英国皇家化学学会著名的《材料化学A》杂志上。

发现

竹子拥有大量排列整齐、细如发丝的微通道。科学家已在竹秆壁上每厘米发现40至60个微通道。它们构成了植物的维管系统,负责水分和养分的运输。这种微管(维管束)网络是植物快速生长所必需的,有些品种每周可长高1米。

通过使用国家纳米技术实验室(LNNano)改进的电子显微镜设备,可以准确地绘制竹子的整个结构,并为使用它们构建电路和集成电化学设备开辟可能性。

 

巨大的优势

竹子用于构建此类电路的主要优势之一是,使用传统工业方法制造这种排列方式和微米尺寸的微结构成本高昂且难度大。金属涂层非常薄(10-15微米),大约比通道直径小十倍,因此是一种极其轻质且导电的材料。

使用竹子的另一个重要优势是其在生产科技型可持续产品方面的可扩展性。由于竹子在热带国家生长迅速且易于生长,大多数发展中经济体都可以利用它,并凭借这项新技术在能源、智能材料和教育领域获得竞争优势。