星期四, 3月 20, 2008

用病毒製作電池

以前日本人用牛奶提煉纖維來做絲襪,後來則能夠用紙張做藍光碟基座。現在美國 MIT 的研究人員Angela Belcher與生物工程教授把一種經過基因改造的病毒當成樣板,在常溫中製造出氧化鈷與金的納米線。這個病毒也可以在聚合物層上自我組裝成薄片。在與納米線結合之後,可以製造出一個具有彈性的物質,適合用來當鋰離子電池的電極。這根絲與尼龍繩的強度差不多,在紫外線照射下發出極亮的紅色。

為了要製造納米線,研究人員藉由改變病毒的基因修改了 M13 病毒的主外鞘蛋白(major coat proteins)。他們增加了聚四穀氨酸鹽(tetra-glutamate)群組到 2700 個主外鞘蛋白當中。穀氨酸鹽在離子交換的過程當中會與金屬離子結合。

為了要用氧化鈷將病毒塗布,這個團隊在室溫下,以氯化鈷的水溶液培養病毒顆粒。然後他們使用 NaBH4 的溶液降低混合比率。跟隨著水中自發的氧。其結果是沿著病毒的長邊,由直徑 2-3 nm 的 Co3O4 納米結晶所構成的納米線。

這個線的直徑有 6 nm,長度是 880 nm,與病毒尺寸一樣。"我們可以做出更大的尺寸," Belcher 說,"不過其長度都是 880 nm。"


這個納米線在扮演電極時,顯示其與用超過 500 度C的 Co3O4 納米結晶所產生的具有類似的行為。

這個團隊更進一步的改造病毒,他們在製造鞘蛋白的部份引入綁金縮氨酸(gold-binding peptide)。在塗上氧化鈷製之前,讓病毒在懸浮液當中塗上了 5nm 的金顆粒,造出包含氧化鈷與金納米粒子的複合納米線。

根據研究者表示,這個複合的納米線能比純粹的氧化鈷納米導線,產生更高的初始與可逆的鋰儲存容量。該團隊估計這個混合導線擁有比純納米導線還要多出至少 30% 的比電容。

還有,帶負電的改造病毒顆粒可以在線性聚乙烯亞胺(linear polyethylene imine)/聚丙烯酸(polyacrylic acid)的薄膜上形成整齊的二維液態結晶。該團隊於病毒上生長氧化鈷之前採用這個步驟,結果製造出相當有組織且長度超過 10 cm 的納米線薄膜。

除了製作電池電極,這些材料可以用來製作晶體管、太陽能模塊,甚至能識別化學武器。

出處
  • http://nanotechweb.org/cws/article/tech/24581
  • http://www.eetimes.com/showArticle.jhtml?articleID=167101011
  • http://www.zyvex.com/nanotech/nano4/whitesidesAbstract.html

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