中國粉體網(wǎng)訊 單壁碳納米管作為最具代表性的一維納米材料，具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性能,。隨著對(duì)單壁碳納米管基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的不斷深入,，其在很多領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，包括納米電子器件,、復(fù)合材料增強(qiáng)劑,、能源儲(chǔ)能介質(zhì)、催化劑和催化劑載體,、傳感器,、場(chǎng)發(fā)射器、導(dǎo)電薄膜和生物納米材料等等,，其中一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用,。
單壁碳納米管的力學(xué)性能
單壁碳納米管的碳原子間以作用極強(qiáng)的C-C共價(jià)鍵結(jié)合，從結(jié)構(gòu)上推測(cè)其具有很高的軸向強(qiáng)度,、軔性和彈性模量,。研究人員通過測(cè)量碳納米管自由端的振動(dòng)頻率得出碳納米管的楊氏模量可達(dá)1Tpa，幾乎等同于金剛石的楊氏模量,，約為鋼的5倍,；單壁碳納米管具有極高的軸向強(qiáng)度，約為鋼的100倍,；單壁碳納米管的彈性應(yīng)變?yōu)?%,，最高可達(dá)12%，約為鋼的60倍,，具有極好的韌性和可彎曲性,。
單壁碳納米管是優(yōu)秀的復(fù)合材料增強(qiáng)劑，可將其優(yōu)異的力學(xué)性能賦予復(fù)合材料,，使復(fù)合材料表現(xiàn)出原本不具有的強(qiáng)度,、韌性、彈性以及抗疲勞性等,。在納米探針方面,，碳納米管可以用來制成分辨率更高、探測(cè)深度更大的掃描探針針尖,。
（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）
單壁碳納米管的電學(xué)性能
單壁碳納米管的螺旋管狀結(jié)構(gòu)決定了其獨(dú)特且優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì),。理論研究表明，由于電子在碳納米管的運(yùn)輸方式呈彈道運(yùn)輸,，單壁碳納米管的載流能力高達(dá)109A/cm2,，比導(dǎo)電良好的銅高出1000倍,。單壁碳納米管的直徑在1nm左右，電子在其中的運(yùn)動(dòng)具有量子行為,，受量子物理影響,，隨著單壁碳納米管的管徑和螺旋方式變化，價(jià)帶和導(dǎo)帶的能隙可從近乎零變化到1eV,，其導(dǎo)電性可呈金屬性和半導(dǎo)體性,，因而碳納米管的導(dǎo)電性可通過改變手性角和直徑來調(diào)控，至今為止還沒有發(fā)現(xiàn)其他任何物質(zhì)能像單壁碳納米管一樣通過簡(jiǎn)單地改變?cè)优挪挤绞秸{(diào)節(jié)其能隙大小,。
碳納米管晶體管模型圖（圖片來源：網(wǎng)絡(luò)）
單壁碳納米管的熱學(xué)性能
碳納米管和石墨、金剛石一樣,，都是優(yōu)良的熱導(dǎo)體,，和其導(dǎo)電性能一樣，碳納米管也具有優(yōu)異的軸向?qū)嵝阅�,，是理想的�?dǎo)熱材料,。理論計(jì)算表明，碳納米管導(dǎo)熱系統(tǒng)具有較大的平均聲子自由程,，聲子可以順利地沿管道傳輸,，其軸向熱導(dǎo)率大約在6600W/m·K以上，與單層石墨烯的熱導(dǎo)率相當(dāng),。研究人員測(cè)得單根單壁碳納米管室溫?zé)釋?dǎo)率接近3500W/m·K,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金剛石和石墨(~2000W/m·K)。雖然碳納米管軸向的熱交換性能很高,，但其在垂直方向的熱交換性能較低,，而且碳納米管受自身的幾何性質(zhì)所限，其膨脹率幾乎為零,，因此即使很多碳納米管捆綁成束,，熱量也不會(huì)從一根碳納米管傳到另一根碳納米管。
單壁碳納米管的優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)熱方向特性,，被許多人認(rèn)為是制造下一代散熱器接觸面的優(yōu)良材料,，可使其成為今后計(jì)算機(jī)CPU芯片散熱器的導(dǎo)熱劑。OCZ公司生產(chǎn)的碳納米管CPU散熱器,，其與CPU的接觸面完全由碳納米管制成,，導(dǎo)熱效率為目前普遍使用的銅制材料的5倍。同時(shí),，單壁碳納米管在高導(dǎo)熱復(fù)合材料等方面具有良好的應(yīng)用前景可用于發(fā)動(dòng)機(jī),、火箭等各種高溫部件。
單壁碳納米管的光學(xué)性能
單壁碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)造就了其獨(dú)特的光學(xué)性能,，拉曼光譜,、熒光光譜以及紫外可見近紅外光譜已廣泛應(yīng)用于其光學(xué)性能的研究,。拉曼光譜是單壁碳納米管最常用的檢測(cè)工具，在200nm左右處會(huì)出現(xiàn)單壁碳納米管的特征振動(dòng)模式-環(huán)呼吸振動(dòng)模式(RBM),，RBM可用于確定碳納米管的微觀結(jié)構(gòu)以及判斷樣品中是否含有單壁碳納米管,。
單壁碳納米管的磁性能
碳納米管具有獨(dú)特的磁性能，表現(xiàn)為各向異性和抗磁磁性,，可用作為軟鐵磁性材料,。一些特定結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管還具有超導(dǎo)性，可作為超導(dǎo)導(dǎo)線,。
單壁碳納米管的儲(chǔ)氣性能
單壁碳納米管的一維管狀結(jié)構(gòu)和大長(zhǎng)徑比使其中空管腔具有極強(qiáng)的毛細(xì)作用,，從而使其具備了獨(dú)特的吸附、儲(chǔ)氣和浸潤特性,。根據(jù)現(xiàn)有研究報(bào)道,，單壁碳納米管是貯氫容量最大的吸附材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他傳統(tǒng)的貯氫材料,，將有助推動(dòng)氫燃料電池的發(fā)展,。
單壁碳納米管的催化活性
單壁碳納米管優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力、高的化學(xué)穩(wěn)定性以及大的比表面積,，可用作為催化劑或催化劑載體,，具有更高的催化活性，無論是在傳統(tǒng)的多相催化,，還是在電催化和光催化,，單壁碳納米管都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
資料來源：汪凱：?jiǎn)伪谔技{米管的純化研究,，廈門大學(xué)2019年
（中國粉體編輯整理/平安）
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