Vztah mezi uhlíkovými nanotrubičkami a grafenem

Vztah mezi uhlíkovými nanotrubičkami a grafenem: „2D list“ a „1D trubice“ od stejné matky

Carbon nanotubes (CNTs) and graphene are essentially the same type of material - both are composed of carbon atoms bonded together by sp² hybridization to form a six-membered ring honeycomb structure. The core relationship between the two is: a carbon nanotube = a seamless cylinder formed by rolling up a graphene sheet. Graphene is an "unrolled sheet" (two-dimensional), while a carbon nanotube is a "rolled-up paper tube" (one-dimensional). In terms of performance, carbon nanotubes have higher axial strength (tensile strength can reach 80 GPa), while graphene has superior in-plane thermal conductivity (approximately 5000 W/m·K). The two can be composite to form a synergistic effect of "1+1>2" - pevnost v tahu grafenových-interkalovaných uhlíkových nanotrubiček dosahuje 6,67 GPa s tepelnou vodivostí 753 W/m·K. Shandong Tanfeng New Material dodává jak jednostěnné, tak i vícestěnné uhlíkové nanotrubičky, s čistotou produktu rovna 95 % nebo vyšší čistotou než nečistoty. 0,5 ppm a již dodává v dávkách předním tuzemským podnikům.

1. "Krevní vztah" mezi uhlíkovými nanotrubičkami a grafenem: stejná matka, stejný původ struktury

Závěr:Uhlíkové nanotrubice a grafen jsou v podstatě dvě formy stejného materiálu - grafen je „rozvinutý list“, zatímco uhlíkové nanotrubice je „srolovaná- papírová trubice“.

Abychom pochopili vztah mezi uhlíkovými nanotrubicemi a grafenem, musíme se nejprve podívat na jejich shodnost na atomové úrovni.

Oba se skládají z atomů uhlíku a atomy uhlíku jsou uspořádány stejným způsobem. V grafenových i uhlíkových nanotrubičkách je každý atom uhlíku spojen se třemi sousedními atomy uhlíku pomocí hybridních kovalentních vazeb sp², které tvoří šesti-člennou kruhovou voštinovou síť. Jedná se o jednu z nejstabilnějších známých chemických vazeb a společný zdroj vynikajících vlastností obou.

Nabízí se otázka:Protože jsou struktury totožné, proč se jedna nazývá „grafen“ a druhá „uhlíkové nanotrubice“?

Rozdíl spočívá v „srolovaném“ versus „nesrolovaném“.

Uhlíková nanotrubička je mikrotubule o průměru pouhých několika nanometrů, vytvořená navinutím jedné vrstvy grafitu. Jinými slovy: uhlíkové nanotrubice jsou blízkými sourozenci grafenu -, sdílejí stejné geny, ale jedna vyrostla do tvaru listu, zatímco druhá do tvaru trubice.

2. Srovnání výkonu: 1D vs{2}}D, každý má své silné stránky

Závěr:Síla uhlíkových nanotrubic spočívá v jejich axiální síle a-jednorozměrné elektrické vodivosti; síla grafenu spočívá v jeho -rovinné tepelné vodivosti a extrémně velkém specifickém povrchu.

Přestože materiály sdílejí stejný původ, strukturální rozdíl mezi „1D trubkou“ a „2D plechem“ vede k výrazně odlišným zaměřením výkonu.

2.1 Základní rozdíly ve struktuře a výkonu

Uhlíkové -uhlíkové vazby v grafenu se rozprostírají v rovině, což mu dává extrémně vysokou pevnost, elektrickou vodivost a tepelnou vodivost v -rovinném směru. Vrstvy jsou však spojeny slabými van der Waalsovými silami, což má za následek špatný výkon ve vertikálním směru.

Když uhlíková nanotrubice „sroluje“ grafenovou rovinu, vynikající výkon původní 2D roviny „konverguje“ ke směru osy trubky. To znamená, že axiální směr je tam, kde je uhlíková nanotrubice nejsilnější, nejvodivější a nejlépe přenáší teplo.

2.2 Různé zaměření aplikací

Doména uhlíkových nanotrubiček:

Potřeba jedno{0}}dimenzionálních vodivých sítí (vodivá aditiva lithiových baterií)

Axiální mechanické vyztužení (neprůstřelné vesty, letecké konstrukční prvky)

Jedno{0}}rozměrný přenos elektronů (nanotranzistory)

Grafenová doména:

Velkoplošné-průhledné vodivé fólie (dotykové obrazovky)

Efektivní odvod tepla-v rovině (tepelný management čipu)

Adsorpce s extrémně velkým specifickým povrchem (superkondenzátory)

3. "1+1>2": Synergický efekt uhlíkových nanotrubic + grafenu

Závěr:Když se uhlíkové nanotrubice a grafen použijí společně, mohou vytvořit synergickou strukturu „vodivá síť + vodivá platforma“, čímž se dosáhne výkonu, kterého nelze dosáhnout ani jedním materiálem samotným.

Zajímavé je, že ačkoli uhlíkové nanotrubice a grafen mají každý své silné stránky, když jsou oba kompozitní, mohou se navzájem doplňovat svými slabými stránkami a kombinovat své výhody.

Uhlíkové nanotrubice lze považovat za jednorozměrnou -vodivou síť“ - dlouhou a tenkou, schopnou se proplétat jako pavučina a vytvářet cesty v trojrozměrném-prostoru. Na grafen lze pohlížet jako na dvourozměrnou -vodivou platformu“ - širokou a plochou, schopnou poskytovat velkoplošné-vysokorychlostní- elektronové kanály jako čtverec.

Dvě nedávné studie plně prokazují tento synergický efekt:

Případ 1: Výzkum týmu profesora Wang Jiannong na East China University of Science and Technology

Studie zjistila, že vložením grafenových listů do filmů uhlíkových nanotrubiček dosáhli:

Jednotná interkalace grafenu posílila přenos mezifázového zatížení a elektron/fononové vedení, díky čemuž jsou kompozitní filmy lepší než dříve příbuzné materiály v mechanických a transportních vlastnostech.

Případ 2: Kompozitní materiál připravený metodou míchání roztoku

Výzkum z North University of China ukázal, že pro kompozitní materiál grafen/uhlíkové nanotrubice připravený metodou chemické redukce-smícháním roztoku při optimálním hmotnostním poměru (1:1):

Analýza mechanismu:Grafenová 2D vodivá platforma a transportní kanál z uhlíkových nanotrubiček 1D se vzájemně doplňují, čímž je dosaženo současného zlepšení elektrických, tepelných a mechanických vlastností.

4. Uhlíkové nanotrubice: matice produktu nového materiálu Tanfeng

Závěr:Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. se zaměřuje na výzkum, vývoj a výrobu uhlíkových nanotrubic (CNT), přičemž produkty pokrývají celou řadu jednostěnných, vícestěnných, vícestěnných a funkcionalizovaných trubek. Čistota a stabilita šarže splňují požadavky předních výrobců baterií.

V dlouhém průmyslovém závodě, kde uhlíkové nanotrubice „tiše rostou“, je Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. rostoucí silou, kterou nelze ignorovat.

4.1 Základní produktová matice

Produktová řada Tanfeng New Material pokrývá celou řadu uhlíkových nanotrubic:

4.2 Klíčové technické ukazatele

Hlavní výrobní ukazatele Tanfeng New Material:

Průmyslové zprávy naznačují, že produkty splňující tak vysoké standardy mají na trhu silnou konkurenceschopnost.

4.3 Aplikační řešení

Tanfeng New Material nejen dodává prášek, ale poskytuje také kompletní aplikační řešení:

Případ 1: Vodivé aditivum pro napájecí baterie
Poskytování druhé -generace vícestěnné-vodivé pasty z uhlíkových nanotrubiček předním domácím podnikům s napájecími bateriemi, používané v kombinaci s vodivými sazemi. Při dodatečném množství 0,8 %:

Odpor elektrodového listu snížen o 30 %

Nárůst teploty během vybíjení 2C se sníží o 5 stupňů

Dodávka hromadné výroby probíhá již řadu let

Případ 2: Evropská automobilová anti-statická palivová vedení
Poskytování základní směsi z uhlíkových nanotrubiček s vícestěnnými nosiči PA12 evropským dodavatelům automobilových dílů, splňující anti-statické požadavky na palivová vedení PA12.

4.4 Sedm strategických aplikačních pokynů

Tanfeng New Material zaměřuje svou industrializaci uhlíkových nanotrubic do sedmi hlavních směrů:

Společnost touží stát se „poskytovatelem pokročilého materiálu a poskytovatelem technických služeb“.

5. Budoucí trendy: Která zvítězí, uhlíkové nanotrubice nebo grafen?

Závěr:Ti dva nejsou v konkurenčním vztahu „na život{0}}nebo{1}}smrt, ale spíše na vítězný-výherní vzorec „každý bere své silné stránky“ a „kooperativní synergie“.

Vrátíme-li se k otázce vztahu mezi uhlíkovými nanotrubicemi a grafenem, konečná odpověď nemusí znít „co je lepší“, ale spíše „co je pro co vhodnější“.

Na této cestě „koordinovaného vývoje uhlíkových nanotrubiček a grafenu“ je volba Tanfeng New Material jasná - zaměření na uhlíkové nanotrubice, spoléhající na své vyspělé industrializační schopnosti, které poskytují vysoce kvalitní-kvalitní produkty a řešení z uhlíkových nanotrubiček pro strategická odvětví, jako je nová energetika a letecký průmysl.

Zatímco akademická diskuse mezi uhlíkovými nanotrubičkami a grafenem pokračuje, v nových čínských továrnách na energetická vozidla se vodivá pasta z uhlíkových nanotrubic masivně „přidává“ do potahovacích strojů. Na evropských výrobních linkách automobilových dílů se do forem vstřikují předsměsi uhlíkových nanotrubiček. Čínští výrobci jako Tanfeng New Material jsou přesně hybateli této průmyslové transformace „mikroskopických materiálů měnících makroskopický svět“.