?碳納米管的作用和用途
碳納米管（CNT）是由一層或多層石墨烯層以晶格排列制成的圓柱形管。在本文中，我們討論他們當(dāng)前用途和未來(lái)的消費(fèi)者應(yīng)用。
單壁碳納米管 (SWNT) 直徑通常在0.8至2nm之間。相比之下，多壁碳納米管（MWNT）的直徑范圍為5至20納米，有時(shí)甚至超過(guò)100納米。由于其優(yōu)異的物理和化學(xué)特性，碳納米管被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)類應(yīng)用，包括設(shè)備建模、儲(chǔ)能、汽車、水凈化、體育用品、涂料、薄膜電子、電磁屏蔽和執(zhí)行器。
有組織的碳納米管結(jié)構(gòu)，如普通板材、紗線和森林，都是以較小的體積生產(chǎn)的。甚至有人提出，碳納米管有一天可能會(huì)被用作太空電梯的系繩。各種研究都強(qiáng)調(diào)了使用CNT作為構(gòu)建塊來(lái)制造3D宏觀全碳設(shè)備的可能性，這些設(shè)備的所有三個(gè)維度的尺寸均小于1毫米。
還報(bào)道了一種創(chuàng)新的、自由基引發(fā)的熱交聯(lián)方法，使用碳納米管作為構(gòu)建塊來(lái)制造獨(dú)立式、宏觀、全碳、多孔支架。這些支架具有納米、微米和宏觀結(jié)構(gòu)的孔，并且可以根據(jù)具體應(yīng)用的要求調(diào)整孔隙率。這些全碳3D架構(gòu)可用于制造下一代超級(jí)電容器、儲(chǔ)能、高性能催化、場(chǎng)發(fā)射晶體管、生物醫(yī)學(xué)植入物和設(shè)備以及光伏。
碳納米管廣泛的用途是與其他材料一起用于結(jié)構(gòu)增強(qiáng)，因?yàn)樗鼈兙哂腥犴g性、重量輕和強(qiáng)度高。碳納米管還用于薄膜和塊狀復(fù)合材料。多壁納米管（MWNT）首先用作塑料中的導(dǎo)電填料，后來(lái)用于增強(qiáng)纖維復(fù)合材料。
一些例子是海上保安船的船體和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。碳納米管的其他值得注意的例子還可以用于強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)器材，例如自行車車架、棒球棒和網(wǎng)球拍。
水凈化是碳納米管吸附特性的另一個(gè)很好的例子；它們的表面積與體積比較小，因此非常適合用作過(guò)濾水中生物污染物、溶解鹽和有毒化學(xué)物質(zhì)的膜。
碳納米管在消費(fèi)應(yīng)用中的未來(lái)
隨著對(duì)碳納米管消費(fèi)應(yīng)用的大量研究，毫無(wú)疑問(wèn)，未來(lái)十年商業(yè)應(yīng)用的需求將急劇增加。
未來(lái)值得關(guān)注的一些值得注意的應(yīng)用包括太陽(yáng)能電池和儲(chǔ)氫：
太陽(yáng)能電池
由于單壁碳納米管具有很強(qiáng)的紫外/可見(jiàn)光-近紅外吸收特性，因此非常有前景的應(yīng)用是將其用于太陽(yáng)能電池板。利用碳納米管和碳巴基球混合物形成的碳納米管復(fù)合物開(kāi)發(fā)了太陽(yáng)能電池，以形成蛇狀結(jié)構(gòu)。
盡管巴基球可以捕獲電子，但它們不能使電子流動(dòng)。當(dāng)捕獲陽(yáng)光以激發(fā)聚合物時(shí)，巴基球?qū)⒉东@電子，納米管使電流或電子流動(dòng)。從那時(shí)起，人們進(jìn)行了更多研究來(lái)創(chuàng)建碳納米管混合太陽(yáng)能電池板以提高其效率。這種雜化材料是通過(guò)將單壁碳納米管與光激發(fā)電子供體相結(jié)合而產(chǎn)生的，從而增加了產(chǎn)生的電子數(shù)量。單壁碳納米管和光激發(fā)卟啉之間的相互作用在單壁碳納米管表面產(chǎn)生電空穴對(duì)。這種現(xiàn)象已通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)到，并對(duì)提高效率做出了實(shí)際貢獻(xiàn)。
儲(chǔ)氫
除了碳納米管能夠儲(chǔ)存電能之外，還進(jìn)行了一些研究，利用它們儲(chǔ)存氫氣，然后將其用作燃料來(lái)源。利用小碳納米管的毛細(xì)管效應(yīng)，可以在單壁碳納米管內(nèi)以高密度冷凝氣體。這使得氣體，尤其是氫氣 (H2) 能夠以高密度儲(chǔ)存，而不會(huì)凝結(jié)成液體。
