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将悬念融入现实的终极材料——碳纳米管

时间:2023-05-23 16:07:34 点击:124次

如果未来人类需要经常往返于月球和太空,而辉光的承载能力有限,会造成大量的污染和浪费,如何解决?

1978年,悬疑诗人阿瑟·克拉克在他的《天堂之泉》一书中描述了“太空梯”,将其描述为一根长长的绳索,人们可以通过它在空间站和地面之间来回穿梭。 在地面之间,将建筑材料输送到宇宙中,建造太空城市。

既然是天梯,那肯定是和空间相连的。 科学家们认为这种连接可能是刚性的,更可能是柔性的,成本更低,可靠性更高。 最接近这些想法的是“新材料之王”碳纳米管(CNT)。

早在2005年,美国宇航局就即将宣布“太空电梯”将成为“千年挑战”的首选项目。 今天这些想法仍然是一个具有挑战性的课题,还有很多问题需要解决。 然而,随着对碳纳米管及纳米材料研究的深入,其广阔的应用前景正在不断被解读。

碳纳米管 (CNT) 是具有一维空心棒状结构且纵横比较大的纳米材料。 它的管壁由一层到几十层正多边形的sp2介孔碳原子组成,半径为几纳米到几十纳米,厚度为微米到毫米甚至分米。 超高硬度(被誉为“分子钢”)、高导电性、高导热性和高电磁屏蔽性是碳纳米管最优异的性能。

石墨棒_氧化石墨烯制备石墨烯_石墨,石墨烯

1991年,美国化学家饭岛澄男在实验中用两根石墨棒作为电极,在其上施加电压,火花在石墨棒之间形成拱形,顿时喷出一团二氧化碳。 这种新型材料碳纳米管是在含碳空气沉积在腔室壁上时产生的浅色烟灰薄层上发现的。

在未来的几年或六年内,随着对碳纳米管探索的深入,碳纳米管广泛应用的基础在于其成熟的制备方法。

常用的碳纳米管制备方法主要有:电弧放电法、激光碳化法、CVD法(物理液相沉积法)等。碳纳米管的CVD生长可在真空或常压下进行。 通过这种方式,可以合成大量的碳纳米管,而不断下滑的进展使得碳纳米管具有商业可行性。

CVD 法大规模合成超长碳纳米管

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碳纳米管在声、光、电、力、热、磁等方面具有其他材料无可比拟的优势。 通过科学家们对碳纳米管结构和性能的不断研究,以及大规模工程化制备技术的发展,碳纳米管的应用已经走到了其他纳米材料的前列。

电子领域

碳纳米管是大规模集成电路的替代品,在摩尔定律正式失效的情况下,其性能优于同等尺寸的传统硅晶体管。 碳纳米管具有帧率低、效率高等优点,是开发下一代晶体管的理想材料。

新能源领域

碳纳米管优异的导电性和物理稳定性可以在锂电池正极材料颗粒之间架桥,形成导电网络。 与导电炭黑相比,内阻更低,电子传导速度更快。 同时,碳纳米管的柔性特性可以防止锂电池因充放电体积膨胀而导致的寿命缩短。 目前,智能设备和新能源汽车都可以找到碳纳米管。

生物工程领域

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碳纳米管具有生物相容性且无毒,其优异的稳定性不会引起免疫反应。 结合导电性和硬度,碳纳米管作为神经界面材料非常有吸引力。 马斯克的脑机接口研究仍然集中在更小的电缆上。 碳纳米管电缆可以做得更小、更柔韧、更容易被人体接受。 它们可能是改变游戏规则的生物医学植入材料。

加热区

历时10年,汉纳材料独创碳纳米管表面热源技术。 采用CVD技术合成的优质碳纳米管,经无损分散后制备成分散均匀的“碳浆”,再通过精密成膜技术制成长度仅10μm的表面热源。

通电后,碳纳米管中的碳原子在电场作用下发生振动,原子核周围的电子发生基态跃迁。 当它们迁移回能级时,它们以远红外线的形式释放能量,从而产生产生均匀热量的平面加热元件。 该技术的电热转换效率高达99.8%,电远红外转换效率高达83%。

碳纳米管表面热源技术主要应用于新能源汽车、建筑、智能穿戴设备三大领域。 在新能源汽车方面,碳纳米管表面热源技术可有效辅助电池加热,降低高温环境下的功率衰减。 在供暖方面,纳米地暖不同于传统的水地暖,具有更节能、更快捷、更舒适的优势。 同时,汉纳材料基于该技术研发出柔性发热片,为智能穿戴设备的发展前景提供了强大的技术储备。

与每一次重大的材料创新一样,从推动民航航天重大突破的硬化铝,到开辟计算机新世界的硅半导体,再到创造更美​​好的生活方式,碳纳米管将为未知的新领域开辟更多机遇世界。 门。