碳纳米管的应用有哪些?

发布时间：2024-09-28

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。

    一、碳纳米管可作为复合材料

由于碳纳米管具有优良的电学和力学性能，被认为是复合材料的理想添加相。碳纳米管作为加强相和导电相，在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力 。

碳纳米管聚合物复合材料是第一个已得到工业应用的碳纳米管复合材料。由于添加了电导性能优异的碳纳米管，使得绝缘的聚合物获得优良的导电性能。根据基体聚合物的不同，通常3%~5%加载量即可获得消除静点堆积的效果。实验表明，2%碳纳米管的添加量可达到添加15%碳粉及添加8%不锈钢丝的导电效果。由于低的加入量及纳米级的尺寸聚合物在取得良好的导电性能时，不会降低聚合物机械及的其它性能，并适合于薄壁塑料件的注塑成型。

  二、碳纳米管可作为电化学器件

碳纳米管具有非常高的表面积比，根据直径和分散程度不同，碳纳米管的比表面积在250~3000m2/g，加之优异的导电性能和良好的机械性能，碳纳米管是电化学领域所需的理想材料，是用做制造电化学双层电容器超级电容器电极的理想材料。碳纳米管电容器电容量巨大，和普通介电电容器相比，电容器电容量从微法拉级上升到法拉级。碳纳米管电容量可到每克15~200法拉。目前数千法拉的电容器已被生产。

三、碳纳米管的氢气存储应用

氢能量蕴含值高，不污染环境，资源丰富，被认为是未来理想的能源，但由于氢气存储困难，其使用受到了很大限制。目前氢气存储方法主要有金属氢化物、液化、高压储氢及有机氢化物储氢等，它们各自虽有一定优势，但均存在一些弊端。如：金属氢化物不但昂贵而且很重;高压储氢安全性受到影响。碳纳米管储氢是具有很大发展潜力的应用领域之一。室温常压，下约三分之二的氢能从碳纳米管释放出来，而且可被反复使用。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于储氢气存储，对电动汽车的发展具有非常重要的意义。可取代现用高压氢气罐，提高电动汽车安全性。研究室碳纳米管储氢以取得许多研究成果。分别获得了单壁碳纳米管4.2 w/%，锂掺杂多壁碳纳米管20 w/ %，钾掺杂多壁碳纳米管14 w/ % 的储氢效果。美国能源部制定了一个商用标准为6.5w/%。即，储氢能力65kg/m3，可提供电动车行驶500公里所需的能源。燃料电池在移动电源(手机、电脑等)家庭电源、分散电站、水下机器人、航天器、空间站、潜艇(不依赖空气推进)等领域有广阔用途。

单壁碳纳米管介绍

单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能，尤其是对电子和空穴都具有超高的迁移率，因此，国际半导体路线图委员会2009年确定其为未来最有可能应用的新型器件材料。实现结构和性质可控的制备是单壁碳纳米管应用的基础和关键，然而，经过二十余年的努力，尚未有可能的解决方案，这已经成为碳纳米管研究和应用发展的瓶颈。

李彦课题组十几年来一直致力于单壁碳纳米管的可控生长研究，特别是在催化剂研究方面打下了坚实的基础，形成了自己的特色。基于对碳纳米管生长催化剂性能的深入了解，他们提出了一种利用具有固定结构的催化剂来调控生成的单壁碳纳米管结构的方案。他们发展了一类钨基合金催化剂，这种催化剂纳米粒子具有非常高的熔点，能够在单壁碳纳米管生长的高温环境下保持其晶态结构和形貌。同时，这类催化剂本身具有独特的结构。

多壁碳纳米管介绍

碳纳米管是继 C60之后发现的碳的又一同素异形体，其径向尺寸较小，管的外径一般在几纳米到几十纳米，管的内径更小，有的只有 1nm 左右;而其长度一般在微米级，长度和直径比非常大，可达 103～106。因此，碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。碳纳米管自从被人类发现以来，就一直被誉为未来的材料，是近年来国际科学的前沿领域之一。美国加州 Berkeley 大学 Alex Zettl 教授认为，就应用前景对 C60和碳纳米管进行全面的比较，C60可以用一页纸概括，而碳纳米管需要一本书来完成。

碳纳米管复合材料介绍

《碳纳米管复合材料》主要涉及碳纳米管复合材料，在写作过程中力求所涉应用领域广泛、有代表性。《碳纳米管复合材料》内容不仅包含了各种生物复合材料、结构材料、微波吸收材料、燃料电池材料、涂层材料，而且涵盖了金属、无机、高分子材料等基体材料。考虑到复合材料研究的完整性，《碳纳米管复合材料》在重点介绍碳纳米管复合材料的制备、表征和应用的同时，介绍了碳纳米管的性能、结构、特点，以及有关碳纳米管复合材料的研究背景、基体材料的制备与表征方法等。全书较系统地介绍了碳纳米管基本概念与性质，碳纳米管/羟基磷灰石复合材料，碳纳米管/磷酸钙骨水泥复合材料，凋亡肿瘤用碳纳米管热种子复合材料，碳纳米管/铁氧体低频微波吸收材料，碳纳米管增强金属间化合物复合材料，碳纳米管增强酚醛树脂/石墨双极板复合材料，以及碳纳米管/羟基磷灰石复合涂层的制备与微观结构研究。各章节之间力求既相对独立，又相互联系，在内容上是一个整体。

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