直接从块状材料生产氧化物纳米线的简单技术可以显着降低生产一维(1D)纳米结构的成本。这可以为轻质结构复合材料，先进传感器，电子设备的广泛应用打开大门 - 热稳定且坚固的电池膜能够承受超过1000摄氏度的温度。

该技术使用与双金属合金的溶剂反应 - 其中一种金属是反应性的 - 在反应性金属溶解时形成纳米线束(纳米纤维)。该方法在环境温度和压力下进行，不使用催化剂，有毒化学品或昂贵的方法如化学气相沉积。所产生的纳米线可用于改善功能材料和复合材料的电学，热学和机械性质。

该研究计划于本周在“ 科学 ”杂志上发表，得到了国家科学基金会和加利福尼亚州Sila Nanotechnologies的支持。该过程被认为是在环境条件下首先将散装粉末转化为纳米线的过程。

“这项技术可以为一系列合成机会打开大门，大量生产低成本的1D纳米材料，”佐治亚理工学院材料科学与工程学院教授Gleb Yushin说。“你可以将散装物料放入桶中，用合适的溶剂填充，几小时后收集纳米线，这比现在生产的这些结构中的多少更为简单。”

Yushin的研究团队包括前研究生Danni Lei和James Benson，他们使用各种溶剂(包括简单的醇类)生产锂 - 镁和锂 - 铝合金的氧化物纳米线。从其他材料生产纳米线是正在进行的研究的一部分，本文未对此进行报道。

可以通过改变溶剂和加工条件来控制纳米线结构的尺寸。这些结构的直径可以从几十纳米到几微米。

“化学反应前沿界面能量的最小化使我们能够形成小核，然后随着反应的进行保持其直径，从而形成纳米线，”Yushin解释说。“通过控制反应产物的体积变化，表面能，反应性和溶解度，以及温度和压力，我们可以调整条件以生产我们想要的尺寸的纳米线。”

其中一个有吸引力的应用可能是用于锂离子电池的隔膜，其高功率密度使其具有吸引力，可用于从消费电子产品到飞机和机动车辆的各种电源。然而，这些电池中使用的聚合物分离膜不能承受某些故障情况产生的高温。结果，如果没有非常仔细地设计商用电池可能引起火灾和爆炸，并且在数以千万计的设备中始终难以避免缺陷和错误。

使用由陶瓷纳米线制成的低成本纸状膜可以帮助解决这些问题，因为结构坚固且热稳定，同时也具有柔韧性 - 与许多散装陶瓷不同。该材料也是极性的，这意味着它将被各种电池电解质溶液更彻底地润湿。

“总的来说，这是一种更好的电池技术，但到目前为止，陶瓷纳米线太昂贵而不能认真考虑，”Yushin说。“未来，我们可以进一步提高机械性能并扩大合成范围，使低成本陶瓷分离器技术对电池设计者非常有吸引力。”

纳米线的制造开始于形成由一种反应性金属和一种非反应性金属(例如锂和铝(或镁和锂))组成的合金。然后将合金置于合适的溶剂中，该溶剂可包括一系列醇，例如乙醇。活性金属(锂)从表面溶解到溶剂中，最初产生包含铝的核(纳米颗粒)。

虽然由于钝化层的形成，块状铝不与醇反应，但锂的连续溶解阻止了钝化并且允许逐渐形成铝醇盐纳米线，其从粒子核开始垂直于粒子表面生长直至粒子完全转换。然后可以在露天加热醇盐纳米线以形成氧化铝纳米线，并且可以将其形成纸状片。

溶解的锂可以回收并重复使用。溶解过程产生氢气，氢气可被捕获并用于帮助加热加热步骤。

虽然该工艺首先研究制造氧化镁和氧化铝纳米线，但Yushin认为它具有制造其他材料的广泛潜力。未来的工作将探索新材料及其应用的综合，并发展对过程的基本理解和预测模型，以简化实验工作。

到目前为止，研究人员已经生产了实验室数量的纳米线，但Yushin相信这个过程可以扩大规模以生产工业数量。虽然最终成本将取决于许多变量，但他预计制造成本将比现有技术降低几个数量级。

“通过这种技术，您可能会以比原材料更多的成本生产纳米线，”他说。除了电池膜，纳米线还可用于能量收集，催化剂支持，传感器，柔性电子设备，轻质结构复合材料，建筑材料，电绝缘和热绝缘以及切割工具。

当Yushin的学生试图创造一种新的多孔膜材料时，偶然发现了这种新技术。这个过程代替了他们希望制造的膜，产生了由细长颗粒组成的粉末。

“虽然实验没有产生我们想要的东西，但我想看看我们是否可以从中学到一些东西，”Yushin说。努力了解发生的事情最终导致了新的合成技术。