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文献专栏

单壁碳纳米管简介

发表时间:2019-10-11 15:22

Single-Walled-Carbon-Nanotube-Structure-lc.jpg

单壁碳纳米管(SWCNT或SWNT,Single-Walled Carbon Nanotubes),全部由碳原子构成,几何结构可以视为由单层石墨烯卷曲而成,结构决定性质,因此单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能。同时按卷曲结构分,单壁碳纳米管具有扶手椅型、锯齿型和手性三种;按电子结构分,单壁碳纳米管具有半导体型和金属型(包括准金属型和金属型)。

世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,单壁碳纳米管并未在3类致癌物清单中。

单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能,同时其原子尺度的变化即可导致单壁碳纳米管性质的变化。由此带来的单壁碳纳米管性质的多样性使其在包括高迁移率晶体管、逻辑电路、导电薄膜、场发射源、红外发射器、传感器、扫描探针针尖、机械强度增强、太阳能电池和催化剂载体等多个领域有潜在应用。尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率,因此,国际半导体路线图委员会2009年确定其为未来最有可能应用的新型器件材料。实现结构和性质可控的制备是单壁碳纳米管应用的基础和关键,然而,经过二十余年的努力,尚未有可能的解决方案,这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。

单壁碳纳米管的制备方法目前主要有电弧放电、激光烧蚀和化学气相沉积法。由于电弧放电法和激光烧蚀法难以实现和控制单壁碳纳米管合适的生长速度和特定基底上的图形化,因此能够满足高需求的化学气相沉积成为目前制备单壁碳纳米管的主流方法。
我国科学家十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究,特别是在催化剂研究方面打下了坚实的基础,形成了自己的特色,极大地推动了单壁碳纳米管结构可控制备的进程。在基于对单壁碳纳米管催化成核和生长行为的深入了解上,提出了一系列的具有特定结构的高熔点固体催化剂(钨钴合金、碳化钼以及碳化钨)并结合合适的生长环境,实现了一些特定手性单壁碳纳米管的制备。
单壁碳纳米管拥有卓越的物理性能、纳米级尺寸和化学普遍性。它可以提高材料强度并增强导电性。与传统添加剂,如多壁碳纳米管、碳纤维和大多数类型的炭黑相比,非常少的单壁碳纳米管的添加量,即可显著改善材料的性能。
单壁碳纳米管的特性和优势:
· 极低添加量即可产生效果;
· 增强材料的机械性能;
· 为材料带来均匀永久的导电性;
· 保持颜色、弹性和其他主要性能;
· 极为广泛的适用性。
工作原理:
当嵌入到材料基质中时,单壁碳纳米管可形成三维的强化导电网络,并且对材料的原始颜色及其他主要性能影响极小。
应用:
单壁碳纳米管的高性价比使得它们成为各行业新一代的导电添加剂。它可被用作通用添加剂,改善绝大多数材料的性能,包括聚合物复合材料、橡胶、金属及其他。
发展趋势:

单壁碳纳米管是一种通用添加剂。由于其非凡的导电性能,单壁碳纳米管在多种材料中具有潜在的应用价值。虽然单壁碳纳米管的巨大潜力已经被认识多年,但由于其昂贵的价格和有限的生产量 (实验室可用数量),他们并没有被制造商使用。2014年,单壁碳纳米管逐步实现大规模生产。目前,高纯度的单壁碳纳米管在市场上已有经济可行的价格。此外,市面上已有一些基于单壁碳纳米管的工业预分散体,易于操作,并在电池、复合材料、涂料、弹性体和塑料工业中得到广泛应用。


来源:百度



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