Mezi rodinou nanomateriálů jsou uhlíkové nanotrubice jednou z nejvíce oslnivých hvězd. Tento trubkový materiál, který vytvořil zvlnění atomů uhlíku v hexagonální struktuře, má průměr od několika nanometrů po několik desítek nanometrů, přesto má nepředstavitelné vlastnosti a je považován vědci jako „super materiály v mikroskopickém světě“. Od svého objevu před několika desítkami let se přesunula z laboratoře do průmyslových aplikací a hluboce změnila technologické prostředí ve více oborech.
I. Struktura určuje výkon: „Inherentní výhody“ uhlíkových nanotrubic
Pozoruhodné vlastnosti uhlíkových nanotrubic pramení primárně z jejich jedinečné molekulární struktury. Lze jej považovat za plynulou tubulární strukturu tvořenou zvlněnou jednou vrstvou grafitu. V závislosti na metodě curlingu mohou být klasifikovány do různých typů, jako je typ křesla, typ klikatky a chirální typ. Mezi nimi vykazují uhlíkové nanotrubice typu křesla vynikající elektrickou vodivost, téměř soupeřící s kovovou mědi.
Tato trubková struktura ji obdaří s více extrémními vlastnostmi: jeho pevnost v tahu je více než 100krát vyšší než u oceli, ale její hustota je pouze 1/6 oceli; jeho tepelná vodivost přesahuje vodič diamantů a je několikrát o mědi; Má také dobrou flexibilitu, schopná být ohnuta do různých tvarů bez rozbití. Ještě více zajímavé je, že tyto vlastnosti se vzájemně nevylučují - jediná uhlíková nanotrubice může současně mít super sílu, ultralehkost, elektrickou vodivost a tepelnou vodivost, které je téměř nemožné dosáhnout v tradičních materiálech.
2. od laboratoře po výrobní linku: Industrializace výhodnostních výhod
Výhody výhod uhlíkových nanotrubic nesou ovoce v různých oborech. V oblasti elektroniky je považován za silného konkurenta pro propojené materiály pro propojení nové generace. Dráty tradičních čipů na bázi křemíku budou čelit prudkému nárůstu odporu v nanočástice, zatímco dráty nanotrubiny uhlíkové nanotrubice mají nejen nízkou odolnost, ale mohou také fungovat stabilně při vyšších teplotách. V současné době náš výzkumný tým v Číně úspěšně připravil čipy uhlíkových nanotrubic, přičemž výkon dosáhl mezinárodní vedoucí úrovně.
V oblasti kompozitních materiálů může přidání uhlíkových nanotrubic omladit tradiční materiály. Přidání 0. 1% uhlíkových nanotrubic do plastu může zvýšit jeho vodivost o několik řádů, přičemž zachová lehké a snadné zpracování plastů; Přidání do betonu může zvýšit pevnost v tlaku materiálu o 30%a také dávat betonu schopnost samosprávy, sledovat strukturální poškození v reálném čase.
V energetickém poli jsou uhlíkové nanotrubice ideální elektrodové materiály. Superkapacitory s nimi mají rychlost nabíjení více než 10krát rychlejší než tradiční lithiové baterie a životnost cyklu může dosáhnout 100, 000 časů; Přidání uhlíkových nanotrubic do lithium-iontových baterií může zlepšit účinnost nabíjení a vypouštění a bezpečnost baterie. Zkušební údaje o určitém novém energetickém podniku ukazují, že baterie s kompozitními elektrodami nanotrubice uhlíku může zvýšit rozsah jízdy o 15%.
3. neomezené možnosti ve scénářích aplikací
Hranice aplikace uhlíkových nanotrubic se neustále rozšiřují. V leteckém poli se používají k výrobě lehkých a vysoce pevných komponent pro kosmickou loď, což snižuje spouštěcí hmotnost a zároveň zvyšuje strukturální bezpečnost; V lékařské oblasti lze funkčně modifikované uhlíkové nanotrubice použít jako nosiče léčiva, což přesně dodává léky do postižených oblastí a snižuje poškození normálních buněk.
Při správě životního prostředí mohou filtrační membrány vyrobené z uhlíkových nanotrubic účinně adsorbovat ionty těžkých kovů a organické znečišťující látky ve vodě. Efektivita filtrace je {{0}} časy u tradičních filtrů a lze je znovu použít; V oblasti flexibilní elektroniky lze v kombinaci s flexibilními substráty použít k vytvoření nositelných elektronických kůží, flexibilních displejů a dalších zařízení. Flexibilní senzor nanotrubice uhlíku vyvinutý určitou technologickou společností může cítit 0,1 mikrometrové velikosti malých deformací, přičemž citlivost daleko přesahuje citlivost tradičních senzorů.
4. Výzvy a budoucnost: Díky tomu, že „super materiály“ je součástí našeho života
Navzdory jejich vynikajícímu výkonu, rozsáhlé aplikace uhlíkových nanotrubic stále čelí určitým výzvám. V současné době jsou výrobní náklady vysoce kvalitních uhlíkových nanotrubic stále relativně vysoké a konzistence během produkce dávek je obtížné přesně kontrolovat; Jejich biologická bezpečnost navíc stále vyžaduje dlouhodobý výzkum a ověření, což do jisté míry omezuje jejich rozsah aplikací.
Při rozvoji technologie přípravy se však tyto problémy postupně řeší. Zlepšení metody katalytické chemické depozice párů snížilo výrobní náklady na uhlíkové nanotrubice o 90% za deset let; Zavedení technologie umělé inteligence umožnilo přesnou kontrolu procesu růstu uhlíkových nanotrubic, což výrazně zlepšilo konzistenci produktu.
V budoucnu, jak se technologie dále dozrává, se očekává, že uhlíkové nanotrubice dosáhnou rozsáhlé aplikace ve více oborech: od ohýbatelných obrazovek smartphonů po lehké a robustní neprůstřelné vesty, od účinných solárních článků po přesné lékařské diagnostické vybavení ... Tento „super materiál“ z mikroskopického světa je postupně vstupující do našeho života do technologického pokroku a průmyslového upgradu.