中國(guó)粉體網(wǎng)訊 美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的涂料,，可降低常用的泡沫的內(nèi)飾的易燃性。與未處理的泡沫相比,，碳納米管涂覆聚氨酯泡沫體的燃燒性降低了35%。
納米技術(shù)是通過(guò)對(duì)納米尺度物質(zhì)的操控來(lái)實(shí)現(xiàn)材料,、器件和系統(tǒng)的創(chuàng)造和利用，例如,，在原子、分子和超分子水平上的操控納米技術(shù)的發(fā)展正越來(lái)越成為世界各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn),，誰(shuí)能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先，誰(shuí)就能占據(jù)21世紀(jì)科學(xué)的制高點(diǎn),。納米碳材料是指尺度至少有一維小于100納米的碳材料。納米碳材料主要包括四種類(lèi)型：納米碳球、碳納米管,、石墨烯和碳炔,，其中碳納米管和石墨烯由于其優(yōu)異的性能,，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
碳納米管的彈性模量與金剛石的基本相同,，為已知的最高材料模量，約為鋼的5倍,；其彈性應(yīng)變最高可達(dá)12%，約為鋼的60倍而密度僅為鋼的幾分之一,。碳納米管的強(qiáng)度大約比其他纖維的強(qiáng)度高200倍,，可以經(jīng)受約100萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓力而不破裂,。碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，在一定方向,，導(dǎo)電率可達(dá)銅的一萬(wàn)倍；碳納米管的熱傳導(dǎo)系數(shù)高于天然金剛石和石墨原子基面,。
石墨烯目前是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明,，只吸收2.3%的光,；導(dǎo)熱系數(shù)是金剛石的3倍,；常溫下電子遷移率是商用硅材料的140倍；電阻率比銅和銀更低,，是目前電阻率最小的材料,；單層石墨烯的比表面積是最好活性炭的1.75倍；具有超強(qiáng)的剛度和硬度,，強(qiáng)度是鋼的100多倍。
目前碳納米管和石墨烯材料在多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展研究,，并逐步走向應(yīng)用,。其中,，碳納米管在航空領(lǐng)域的最新進(jìn)展有：
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的涂料，可降低常用的泡沫的內(nèi)飾的易燃性,。與未處理的泡沫相比，碳納米管涂覆聚氨酯泡沫體的燃燒性降低了35%,。研究人員將改性的碳納米管均勻地分布并附著在聚合物層的上表面和下表面。由此產(chǎn)生的涂層,，充分利用了碳納米管的快速散熱能力,，與常用于軟裝飾的溴化阻燃劑相比，實(shí)現(xiàn)了更大的點(diǎn)火和燃燒阻力,。同時(shí)當(dāng)納米管涂層泡沫暴露在極端高溫中，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)“炭保護(hù)層”屏障防止熔體池形成,。
美國(guó)研制出完全基于碳納米管的中央處理器,。2013年10月,，美國(guó)斯坦福大學(xué)采用與同硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）完全兼容的工藝研制出首臺(tái)完全基于碳納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管的中央處理器原型。該處理器芯片面積為6.5mm2,，由178個(gè)晶體管組成,，每一個(gè)晶體管由10~200納米場(chǎng)的數(shù)個(gè)碳納米管組成,，盡管該處理器的工作頻率僅為1kHz，與主頻為108~740kHz的首臺(tái)商用硅基計(jì)算機(jī)Intel4004存在巨大差距,，目前僅能做演示和驗(yàn)證，但兩者均采用相同的馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，都具有可編程能力,，可串行執(zhí)行多種計(jì)算任務(wù)，并運(yùn)行基本的操作系統(tǒng),。與傳統(tǒng)晶體管相比,，碳納米管體積更小,，傳導(dǎo)性也更強(qiáng)，并且能夠支持快速開(kāi)關(guān),，因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料。
麻省理工學(xué)院航空航天工程師開(kāi)發(fā)出一種碳納米管（CNT）薄膜,，可以加熱并固化復(fù)合材料,，而不需要熱壓罐,。當(dāng)連接到一個(gè)電源，包裹在一個(gè)多層聚合物復(fù)合材料中的薄膜就會(huì)加熱,，促使聚合物固化。研究小組在常見(jiàn)的飛機(jī)碳纖維材料部件中測(cè)試了該薄膜,，發(fā)現(xiàn)該薄膜可制造出強(qiáng)度與傳統(tǒng)熱壓罐固化的一樣的復(fù)合材料,，但只使用了百分之一的能量,。研究人員表示，碳納米管薄膜很輕,，添加重量可以忽略不計(jì)，在其熔融進(jìn)樹(shù)脂層后,，薄膜本身與復(fù)合材料形成網(wǎng)格,。MIT的技術(shù)直接接觸需要加熱的部分,，這種復(fù)合材料固化方法更直接，更節(jié)能,�,？纱嫠膶訕歉叩臒釅汗蓿约皵�(shù)千萬(wàn)美元的基礎(chǔ)設(shè)施,。
碳納米管和石墨烯在航空工業(yè)中可用作結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽,、透明,、防靜電,、防雷擊、耐雨蝕,、除冰涂料,、電纜材料等。石墨烯材料在航空領(lǐng)域的最新進(jìn)展有：
韓國(guó)開(kāi)發(fā)出石墨烯和金屬超強(qiáng)復(fù)合材料,。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高級(jí)研究院的研究人員，通過(guò)在含銅和鎳的復(fù)合材料中使用石墨烯,，發(fā)現(xiàn)了金屬-石墨烯納米層合復(fù)合材料中單原子層石墨烯具有強(qiáng)化效應(yīng)。研究人員在金屬沉積的基體上用化學(xué)沉積方法（CVD）生長(zhǎng)單層的石墨烯,；然后再沉積上另一層金屬,，重復(fù)上述步驟,，就能得到一個(gè)多層的金屬—石墨烯復(fù)合材料。銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度變?yōu)榧冦~強(qiáng)度的500倍,；鎳基復(fù)合材料的強(qiáng)度變?yōu)榧冩嚨?80倍。0.0004%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨烯就能將材料強(qiáng)度提高數(shù)百倍,，特別是利用卷對(duì)卷加工或金屬燒結(jié)法開(kāi)發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)，使生產(chǎn)航天器用輕質(zhì),、超高強(qiáng)部件成為可能,。
英國(guó)石墨烯增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料獲得進(jìn)展,。加的夫大學(xué)工程學(xué)院在碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料中加入石墨烯納米薄片（GNP）/碳納米管（CNT），用以提高碳纖維的增強(qiáng)能力,。研究中觀測(cè)到的結(jié)果是,，F(xiàn)LG抗壓強(qiáng)度增加了13%,，抗沖擊性能提高了50%。這將對(duì)未來(lái)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生極大幫助,，驗(yàn)證了未來(lái)減重、環(huán)保和減排的飛機(jī)設(shè)計(jì)的可能性,。
美用“石墨烯紙”開(kāi)發(fā)出超級(jí)電容器。麻省理工的研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),，將石墨烯紙揉皺成一團(tuán),，可以制備的超級(jí)電容器,。組成一個(gè)電容器需要兩個(gè)導(dǎo)電層——即兩張皺巴巴的石墨烯紙中間夾一個(gè)隔離層。超級(jí)電容器上隔離層采用的是水凝膠材料,。石墨烯紙可以揉皺，平復(fù)1000次,，且性能不發(fā)生明顯降低,。制成的超級(jí)電容器易于彎曲,、折疊或拉伸到其原始大小的800%。這種將石墨烯起皺的技術(shù)不僅可用于制造超級(jí)電容器,，也可以有其他應(yīng)用。
英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出首個(gè)可彎曲的石墨烯柔性屏幕,，在柔性顯示屏的研究上更進(jìn)一步,。劍橋大學(xué)的新發(fā)明使用電泳顯示器,，通過(guò)電場(chǎng)將粒子懸浮。與大多數(shù)顯示屏不同的是,，新的顯示屏采用軟塑料和石墨烯底板取代傳統(tǒng)的金屬電極。石墨烯比傳統(tǒng)的陶瓷如銦錫氧化物更加柔韌,，比金屬薄膜更加透明,；且石墨烯更易于加工和生產(chǎn)，生產(chǎn)成本更低,。石墨烯可用于創(chuàng)建提供全彩色高清圖像顯示屏,。此外,，使用石墨烯底板將允許嵌入傳感器，使顯示屏更能與觀眾互動(dòng),，可滿(mǎn)足未來(lái)柔性電子設(shè)備發(fā)展需求,。
納米技術(shù)是通過(guò)對(duì)納米尺度物質(zhì)的操控來(lái)實(shí)現(xiàn)材料,、器件和系統(tǒng)的創(chuàng)造和利用，例如,，在原子、分子和超分子水平上的操控納米技術(shù)的發(fā)展正越來(lái)越成為世界各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn),，誰(shuí)能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先，誰(shuí)就能占據(jù)21世紀(jì)科學(xué)的制高點(diǎn),。納米碳材料是指尺度至少有一維小于100納米的碳材料。納米碳材料主要包括四種類(lèi)型：納米碳球、碳納米管,、石墨烯和碳炔,，其中碳納米管和石墨烯由于其優(yōu)異的性能,，是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)。
碳納米管的彈性模量與金剛石的基本相同,，為已知的最高材料模量，約為鋼的5倍,；其彈性應(yīng)變最高可達(dá)12%，約為鋼的60倍而密度僅為鋼的幾分之一,。碳納米管的強(qiáng)度大約比其他纖維的強(qiáng)度高200倍,，可以經(jīng)受約100萬(wàn)個(gè)大氣壓的壓力而不破裂,。碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，在一定方向,，導(dǎo)電率可達(dá)銅的一萬(wàn)倍；碳納米管的熱傳導(dǎo)系數(shù)高于天然金剛石和石墨原子基面,。
石墨烯目前是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明,，只吸收2.3%的光,；導(dǎo)熱系數(shù)是金剛石的3倍,；常溫下電子遷移率是商用硅材料的140倍；電阻率比銅和銀更低,，是目前電阻率最小的材料,；單層石墨烯的比表面積是最好活性炭的1.75倍；具有超強(qiáng)的剛度和硬度,，強(qiáng)度是鋼的100多倍。
目前碳納米管和石墨烯材料在多個(gè)領(lǐng)域開(kāi)展研究,，并逐步走向應(yīng)用,。其中,，碳納米管在航空領(lǐng)域的最新進(jìn)展有：
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的涂料，可降低常用的泡沫的內(nèi)飾的易燃性,。與未處理的泡沫相比，碳納米管涂覆聚氨酯泡沫體的燃燒性降低了35%,。研究人員將改性的碳納米管均勻地分布并附著在聚合物層的上表面和下表面。由此產(chǎn)生的涂層,，充分利用了碳納米管的快速散熱能力,，與常用于軟裝飾的溴化阻燃劑相比，實(shí)現(xiàn)了更大的點(diǎn)火和燃燒阻力,。同時(shí)當(dāng)納米管涂層泡沫暴露在極端高溫中，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)“炭保護(hù)層”屏障防止熔體池形成,。
美國(guó)研制出完全基于碳納米管的中央處理器,。2013年10月,，美國(guó)斯坦福大學(xué)采用與同硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）完全兼容的工藝研制出首臺(tái)完全基于碳納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管的中央處理器原型。該處理器芯片面積為6.5mm2,，由178個(gè)晶體管組成,，每一個(gè)晶體管由10~200納米場(chǎng)的數(shù)個(gè)碳納米管組成,，盡管該處理器的工作頻率僅為1kHz，與主頻為108~740kHz的首臺(tái)商用硅基計(jì)算機(jī)Intel4004存在巨大差距,，目前僅能做演示和驗(yàn)證，但兩者均采用相同的馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，都具有可編程能力,，可串行執(zhí)行多種計(jì)算任務(wù)，并運(yùn)行基本的操作系統(tǒng),。與傳統(tǒng)晶體管相比,，碳納米管體積更小,，傳導(dǎo)性也更強(qiáng)，并且能夠支持快速開(kāi)關(guān),，因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料。
麻省理工學(xué)院航空航天工程師開(kāi)發(fā)出一種碳納米管（CNT）薄膜,，可以加熱并固化復(fù)合材料,，而不需要熱壓罐,。當(dāng)連接到一個(gè)電源，包裹在一個(gè)多層聚合物復(fù)合材料中的薄膜就會(huì)加熱,，促使聚合物固化。研究小組在常見(jiàn)的飛機(jī)碳纖維材料部件中測(cè)試了該薄膜,，發(fā)現(xiàn)該薄膜可制造出強(qiáng)度與傳統(tǒng)熱壓罐固化的一樣的復(fù)合材料,，但只使用了百分之一的能量,。研究人員表示，碳納米管薄膜很輕,，添加重量可以忽略不計(jì)，在其熔融進(jìn)樹(shù)脂層后,，薄膜本身與復(fù)合材料形成網(wǎng)格,。MIT的技術(shù)直接接觸需要加熱的部分,，這種復(fù)合材料固化方法更直接，更節(jié)能,�,？纱嫠膶訕歉叩臒釅汗蓿约皵�(shù)千萬(wàn)美元的基礎(chǔ)設(shè)施,。
碳納米管和石墨烯在航空工業(yè)中可用作結(jié)構(gòu)材料、電磁屏蔽,、透明,、防靜電,、防雷擊、耐雨蝕,、除冰涂料,、電纜材料等。石墨烯材料在航空領(lǐng)域的最新進(jìn)展有：
韓國(guó)開(kāi)發(fā)出石墨烯和金屬超強(qiáng)復(fù)合材料,。韓國(guó)科學(xué)技術(shù)高級(jí)研究院的研究人員，通過(guò)在含銅和鎳的復(fù)合材料中使用石墨烯,，發(fā)現(xiàn)了金屬-石墨烯納米層合復(fù)合材料中單原子層石墨烯具有強(qiáng)化效應(yīng)。研究人員在金屬沉積的基體上用化學(xué)沉積方法（CVD）生長(zhǎng)單層的石墨烯,；然后再沉積上另一層金屬,，重復(fù)上述步驟,，就能得到一個(gè)多層的金屬—石墨烯復(fù)合材料。銅基復(fù)合材料的強(qiáng)度變?yōu)榧冦~強(qiáng)度的500倍,；鎳基復(fù)合材料的強(qiáng)度變?yōu)榧冩嚨?80倍。0.0004%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的石墨烯就能將材料強(qiáng)度提高數(shù)百倍,，特別是利用卷對(duì)卷加工或金屬燒結(jié)法開(kāi)發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)，使生產(chǎn)航天器用輕質(zhì),、超高強(qiáng)部件成為可能,。
英國(guó)石墨烯增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料獲得進(jìn)展,。加的夫大學(xué)工程學(xué)院在碳纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料中加入石墨烯納米薄片（GNP）/碳納米管（CNT），用以提高碳纖維的增強(qiáng)能力,。研究中觀測(cè)到的結(jié)果是,，F(xiàn)LG抗壓強(qiáng)度增加了13%,，抗沖擊性能提高了50%。這將對(duì)未來(lái)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)產(chǎn)生極大幫助,，驗(yàn)證了未來(lái)減重、環(huán)保和減排的飛機(jī)設(shè)計(jì)的可能性,。
美用“石墨烯紙”開(kāi)發(fā)出超級(jí)電容器。麻省理工的研究團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn),，將石墨烯紙揉皺成一團(tuán),，可以制備的超級(jí)電容器,。組成一個(gè)電容器需要兩個(gè)導(dǎo)電層——即兩張皺巴巴的石墨烯紙中間夾一個(gè)隔離層。超級(jí)電容器上隔離層采用的是水凝膠材料,。石墨烯紙可以揉皺，平復(fù)1000次,，且性能不發(fā)生明顯降低,。制成的超級(jí)電容器易于彎曲,、折疊或拉伸到其原始大小的800%。這種將石墨烯起皺的技術(shù)不僅可用于制造超級(jí)電容器,，也可以有其他應(yīng)用。
英國(guó)劍橋大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)出首個(gè)可彎曲的石墨烯柔性屏幕,，在柔性顯示屏的研究上更進(jìn)一步,。劍橋大學(xué)的新發(fā)明使用電泳顯示器,，通過(guò)電場(chǎng)將粒子懸浮。與大多數(shù)顯示屏不同的是,，新的顯示屏采用軟塑料和石墨烯底板取代傳統(tǒng)的金屬電極。石墨烯比傳統(tǒng)的陶瓷如銦錫氧化物更加柔韌,，比金屬薄膜更加透明,；且石墨烯更易于加工和生產(chǎn)，生產(chǎn)成本更低,。石墨烯可用于創(chuàng)建提供全彩色高清圖像顯示屏,。此外,，使用石墨烯底板將允許嵌入傳感器，使顯示屏更能與觀眾互動(dòng),，可滿(mǎn)足未來(lái)柔性電子設(shè)備發(fā)展需求,。
