（中國粉體技術網/遠志）碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學、電學和化學性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應用前景也不斷地展現出來。
一、 碳納米管的性能
1.1力學性能
不同類型的碳納米管
碳納米管具有良好的力學性能，碳納米管的硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似，但其結構卻比高分子材料穩定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料，可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復合材料的性能帶來極大的改善。
1.2導電性能
碳納米管制成的透明導電薄膜 碳納米管上碳原子的P電子形成大范圍的離域π鍵，由于共軛效應顯著，碳納米管具有一些特殊的電學性質。
碳納米管具有良好的導電性能，由于碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的電學性能。對于一個給定的納米管，在某個方向上表現出金屬性，是良好的導體，否則表現為半導體。對于這個的方向，碳納米管表現出良好的導電性，電導率通?？蛇_銅的1萬倍。
1.3傳熱性能
采用了碳納米管涂層的熱水器內膽 碳納米管具有良好的傳熱性能，碳納米管具有非常大的長徑比，因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，相對的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。另外，碳納米管有著較高的熱導率，只要在復合材料中摻雜微量的碳納米管 ，該復合材料的熱導率將會可能得到很大的改善。
二、碳納米管的應用
2.1 電子領域
碳納米電子管(CNTS)是一種具有顯著電子、機械和化學特性的獨特材料。其導電能力不同于普通的導體。性能方面的區別取決于應用，也許是優點，也許是缺點，也許是機會。在一理想納米碳管內，電傳導以低溫漂軌道傳播的，如果電子管能無縫交接，低溫漂是計算機芯片的優點。諸如電連接等的混亂極大地修改了這—行為。對十較慢的模擬信號的處理速度，四周環繞著平向球分子的碳納米管充當傳播者已被實驗證實。
碳納米管光纖導電性能是銅電纜的4倍
在碳納米管的內部可以填充金屬、氧化物等物質，這樣碳納米管可以作為模具，首先用金屬等物質灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細的納米尺度的導線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學器件或納米電子學器件中得到應用。有些碳納米管本身還可以作為納米尺度的導線。這樣利用碳納米管或者相關技術制備的微型導線可以置于硅芯片上，用來生產更加復雜的電路。
2.2信息存儲領域
信息技術的進步是晶體管不斷縮小的結果，晶體管主要應用于信息收集與處理的各個方面。信息技術能力的不斷發展取決于更加強大的計算硬件制造業的不斷進步。摩爾定律(集成電路的功能按指數增長的規律) 一直延續到今天。盡管在這一范圍內有潛在的局限性，半導體工業路標ITRs根據應用良好達40年的大型設備縮放比例預見了當前摩爾定律可持續成為2016年的路標，那時器件密度也相應地增長了32倍。達到和超越這一密度的障礙如下：平版印刷術、漏電流、電路連接需求和熱問題。這些挑戰己激發了無數的科學研究，這些科學研究既致力十傳統的有硅系統的問題，也想找到突破這些屏障的替代產品。納米技術引起了人們極大的興趣，多種材料以納米級的精度應用于這一領域。
用分子制作邏輯電路的熱情正空前高漲，碳納米電子管和分子層晶體管的力分離技術己成功應用十實際制作晶體管甚至簡單的邏輯電路。在2001年所取得的進步被科學雜志認為是達—年的技術突破。
碳納米管在制備過程中大多數都使用了過渡金屬粒子作為催化劑，在生長的過程中，許多碳納米管的頂部和底部都封有直徑為幾個納米到幾十個納米數量級的催化劑顆粒。根據磁學理論可以知道，這些粒子是單磁疇粒子，可以穩定地記錄信息。單根碳納米管在垂直方向上可以存在多個鐵磁粒子。因此碳納米管將具有實現新型的大規模信息存儲的可能性。
2.3儲氫材料領域
氫氣在未來的能源方面將扮演一個很重要的角色，它在釋放能量的過程中不會引起空氣的污染和導致溫室效應，但目前仍然沒有一個實用的辦法存儲和運輸氫氣，而這對氫氣能源的實用化是十分重要的。最近的研究表明，碳納米管非常適合于作為儲氫材料。由于碳納米管具有獨特的納米級尺寸和中空結構，具有更大的表面積，相對于常用的吸附劑活性炭而言，具有更大的氫氣吸附能力。
目前，碳納米管在儲氫方面具有更加明顯的優勢，再加之碳材料的價格低廉，化學性能穩定，密度比較小，碳納米管儲氫的應用前景十分樂觀。目前，碳納米管儲氫應用的主要問題是進一步提高儲氫率，探索碳納米管吸放氫氣條件，研究碳納米管材料的儲氫機理以及如何在工業上大量制備碳納米管。通過制備工藝的改進、碳納米管的提純等方式，使得碳納米管的儲氫率進一步提高。研究碳納米管吸放氫氣的物理過程，確定其吸放氫氣的物理條件，才能設計出相應的儲氣、釋放系統，使得碳納米管在儲藏氫氣方面走向實用化。碳納米管作為一種新型的納米材料，對原有的氣體吸附理論也提出了新的挑戰，需要使用新的理論來描述碳納米管儲氫過程，這些問題的解決，都需要進一步開展碳納米管儲氫方面的理論研究和實驗研究。
2.4復合材料領域
由于碳納米管的納米級尺寸，中空管狀和極高的楊氏模量，它被認為是晶須類強化相的終極形式。利用碳納米管的性質可以制作出很多性能優異的復合材料。例如，碳納米管材料增強的塑料力學性能優良、導電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩定性高，不易對環境造成影響。碳納米管增強陶瓷復合材料強度高，抗沖擊性能好。碳納米管上由于存在五元環的缺陷，增強了反應活性，在高溫和其他物質存在的條件下，碳納米管容易在端面處打開，形成一個管子，極易被金屬浸潤、和金屬形成金屬基復合材料。這樣的材料強度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數小、抵抗熱變性能強。
2.5其他領域
碳納米管還給物理學家提供了研究毛細現象機理最細的毛細管，給化學家提供了進行納米化學反應最細的試管。碳納米管上極小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的擺動頻率發生變化，利用這一點，1999年，巴西和美國科學家發明了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個病毒的質量。隨后德國科學家研制出能稱量單個原子的“納米秤”。
碳納米管具有優良的場致發射特性，可以用于制作新型平板顯示器的場發射極。使用定向排列的碳納米管薄膜作為陰極的場致發射顯示器具有成本低、工藝簡單、可靠性高的特點，可以用來制作點陣式顯示器、數碼管等各種顯示裝置。
雖然碳納米管的技術性能非常好，但因成本和其他因素其大規模推廣仍將會是一個長期的過程。我國對此項研究雖然起步較晚，但發展很快。目前碳納米化學方興未艾，內容豐富，前景誘人。通過對碳納米管的研究，必然帶動相應學科的發展。
?歡迎進入【粉體論壇】
|
