中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近日,，國(guó)內(nèi)最大的碳納米管生產(chǎn)企業(yè)——江蘇天奈科技發(fā)布公告稱,，預(yù)計(jì)2021年半年度實(shí)現(xiàn)歸屬于母公司所有者的凈利潤(rùn)為1.1-1.5億元,，同比增加235.41%至357.37%。業(yè)績(jī)高速增長(zhǎng)就來(lái)自于該公司開發(fā)的碳納米管導(dǎo)電劑,，一改我國(guó)鋰電池企業(yè)導(dǎo)電劑依賴進(jìn)口局面,。
自碳納米管被發(fā)現(xiàn)，就在全球范圍內(nèi)掀起一股研究熱,。近年來(lái),，全球加速挖掘碳納米管技術(shù)落地產(chǎn)業(yè)的途徑，相關(guān)技術(shù)突破成果不斷,。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所李清文團(tuán)隊(duì)一直堅(jiān)持做碳納米管連續(xù)制備,。基于團(tuán)隊(duì)技術(shù),，蘇州捷迪納米科技有限公司實(shí)現(xiàn)了碳納米管薄膜的產(chǎn)業(yè)化,，產(chǎn)能達(dá)10萬(wàn)平米/年，成功開拓該產(chǎn)品在高端戶外加熱服以及醫(yī)療康復(fù)等方面的應(yīng)用,。
神奇材料碳納米管,，為何如此受各科學(xué)家追捧?碳納米管的工業(yè)化應(yīng)用能否成為納米碳材料應(yīng)用探索路上的航標(biāo)燈?
平鋪的“足球”結(jié)構(gòu)
作為最重要的生命元素，“碳”一直在生命演化和能源獲取方面扮演著舉足輕重的角色,。時(shí)至今日，碳材料依然使科學(xué)家為之著迷,。
1985年,，“足球”結(jié)構(gòu)的C60一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即吸引了全世界的目光。1991年,，日本物理學(xué)家飯島澄男在電弧法制備的碳材料中觀察到了碳納米管,，從此開啟了碳納米管研究的熱潮。
“從結(jié)構(gòu)上來(lái)說,，碳納米管可以形象地看做是由單層或者多層石墨烯無(wú)縫卷曲而成的中空管狀結(jié)構(gòu),。”李清文告訴科技日?qǐng)?bào)記者,。
碳納米管就像一根細(xì)長(zhǎng)的頭發(fā)絲,，它的長(zhǎng)度可以達(dá)到米級(jí)，而直徑卻可以小到納米尺度,。這么細(xì)長(zhǎng)的納米管狀結(jié)構(gòu)是怎么制備出來(lái)呢?
飯島澄男首次發(fā)現(xiàn)碳納米管,，是通過電弧放電法得到。現(xiàn)在,，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)展出激光燒蝕法,、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、固相熱解法等多種制備方法。其中,，CVD法因成本低廉,、可控性好、易于規(guī)�,；苽涠粡V泛采用,。
李清文介紹說，CVD生長(zhǎng)碳納米管時(shí),，碳原子在催化劑表面吸附,、擴(kuò)散、溶解并達(dá)到飽和后析出形成碳納米管,。催化劑作為碳納米管成核生長(zhǎng)的位點(diǎn),，對(duì)于碳納米管的直徑、壁數(shù),、手性起著決定性的作用,。催化劑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及生長(zhǎng)條件調(diào)控是實(shí)現(xiàn)碳納米管可控生長(zhǎng)的重要途徑。
作為納米碳材料家族的重要一員,，碳納米管以其優(yōu)異的力學(xué),、電學(xué)和熱學(xué)特性被譽(yù)為“萬(wàn)能基材”，在結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料,、電池電極,、復(fù)合材料、集成電路,、傳感器件,、電加熱器件等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。
1996年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主,，富勒烯的發(fā)現(xiàn)者斯莫利曾說：“碳納米管是人們所能制造出來(lái)的最強(qiáng),、最剛、最硬的分子,，同時(shí)也是最好的熱和電的分子導(dǎo)體,。”
“碳納米管強(qiáng)度是同體積鋼的100倍,，重量卻只有后者的1/6到1/7,。”李清文解釋說,，碳納米管的長(zhǎng)徑比達(dá)106以上,，因而被稱作超級(jí)纖維。
碳納米管奇特之處還在于其特殊電學(xué)性質(zhì),，根據(jù)其結(jié)構(gòu)不同,，碳納米管可展現(xiàn)出金屬性和半導(dǎo)體性,，為開發(fā)新型電子器件奠定了基礎(chǔ)。
中國(guó)研究與世界先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)
碳納米管的研究至今已有30年,，李清文認(rèn)為,，我國(guó)科學(xué)家在碳納米管方面的研究基本上與世界先進(jìn)水平并駕齊驅(qū)，并在部分領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平,。
在碳納米管基礎(chǔ)研究方面,，北京大學(xué)張錦團(tuán)隊(duì)、李彥團(tuán)隊(duì)在導(dǎo)電性可控碳納米管合成,、單手性碳納米管合成與分離做出了重要貢獻(xiàn),。北京大學(xué)彭練矛團(tuán)隊(duì)在碳納米管電子器件方面取得了重大進(jìn)展。在碳納米管應(yīng)用方面,，清華大學(xué)魏飛團(tuán)隊(duì)在碳納米管宏量制備,、高強(qiáng)碳納米管纖維、碳納米管導(dǎo)電添加劑等方面業(yè)績(jī)不菲,，等等,。
作為我國(guó)納米材料研究的國(guó)家隊(duì)，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所從2007年起,，一直圍繞碳納米管可控制備和前沿應(yīng)用開展研究工作,，發(fā)表高水平論文300余篇，在電子級(jí)單壁碳納米管分離,、碳納米管纖維與薄膜的規(guī)模制備,、碳納米管復(fù)合材料以及能源器件應(yīng)用方面取得多項(xiàng)重大成果。
2013年,，以平行排列的單壁碳納米管為主要元器件的世界上最小“計(jì)算機(jī)”誕生,。近兩年，碳納米管電子器件的性能及尺寸一次次被突破,。
如何獲得高純度,、高質(zhì)量的半導(dǎo)體型單壁碳納米管是實(shí)現(xiàn)電子級(jí)應(yīng)用的前提,。
李清文告訴記者,，她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)于2018年實(shí)現(xiàn)了純度大于99.99%的半導(dǎo)體型單壁碳納米管的高濃度分離，以及部分單手性碳納米管的高效篩選,。在此基礎(chǔ)上,，與國(guó)內(nèi)其他高校院所合作，共同實(shí)現(xiàn)了基于半導(dǎo)體型碳納米管的集成電路和顯示器背板驅(qū)動(dòng)器件的開發(fā),。
被稱作“超級(jí)纖維”的碳納米管,，制成纖維與薄膜后，與傳統(tǒng)高性能纖維和薄膜材料相比,，具有優(yōu)異的柔韌性,、導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能。
經(jīng)過多年研究，目前李清文團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了千米級(jí)連續(xù)碳納米管纖維連續(xù)制備,，突破了萬(wàn)平方米級(jí)碳納米管薄膜的干法規(guī)�,；苽浼夹g(shù)。
同時(shí),，蘇州納米所科研人員采用高取向碳納米管薄膜開發(fā)了碳納米管含量高達(dá)60%以上的新型碳納米管復(fù)合材料,，其強(qiáng)度為碳纖維復(fù)合材料的兩倍以上;開發(fā)了碳納米管薄膜的電熱固化復(fù)合材料新工藝，有望為復(fù)合材料在線修復(fù),、機(jī)翼除冰帶來(lái)新的設(shè)計(jì)策略,。
碳納米管研究成果落地加速推進(jìn)
說起納米碳材料，被稱為“黑金”的碳納米管,、石墨烯是當(dāng)仁不讓的“流量明星”,。科學(xué)家曾經(jīng)預(yù)言,，納米碳材料有望成為“徹底改變21世紀(jì)”的神奇材料,。
作為目前中國(guó)碳納米管的龍頭企業(yè)，天奈科技成功開發(fā)了一種獨(dú)特的催化反應(yīng)工藝,，實(shí)現(xiàn)了碳納米管的連續(xù)化生產(chǎn),，生產(chǎn)能力可達(dá)千噸級(jí)。近兩年,，天奈科技的碳納米管導(dǎo)電劑產(chǎn)品出貨量和銷售額均居行業(yè)首位,，一改我國(guó)鋰電池企業(yè)導(dǎo)電劑依賴進(jìn)口局面。
鋰電池導(dǎo)電劑的利用,，只是碳納米管產(chǎn)業(yè)化的“冰山一角”,。
作為國(guó)家戰(zhàn)略新興材料，碳納米管材料在導(dǎo)電塑料,、輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料,、寬頻段輕質(zhì)電磁屏蔽、沖擊防護(hù),、智能材料,、電子器件等方面也具有廣泛的應(yīng)用。其中基于碳納米管的加熱膜,、導(dǎo)電塑料,、復(fù)合材料等方面的市場(chǎng)也處于良好的增長(zhǎng)階段。
“我們?cè)诩訌?qiáng)前沿探索的同時(shí),，積極開展碳納米管的應(yīng)用研發(fā),，發(fā)展出輕量化碳納米管/金屬?gòu)?fù)合導(dǎo)線技術(shù)，以及衛(wèi)星用輕質(zhì)電纜,。開發(fā)的碳納米管加熱保暖服裝已獲得多家國(guó)際品牌使用,，成為冬奧會(huì)產(chǎn)品之一,。”李清文說,，“碳納米管作為一種新興材料,，未來(lái)還可能拓展導(dǎo)電塑料、半導(dǎo)體器件,、輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料,、寬頻段輕質(zhì)電磁屏蔽、沖擊防護(hù),、智能器件等領(lǐng)域的應(yīng)用,，并有望產(chǎn)生變革性的發(fā)展�,！�
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