? 碳納米管是獨特的結(jié)構(gòu)，具有卓越的電子和機械性能。碳納米管是碳原子的六邊形網(wǎng)絡，通常被卷成圓柱體。這些結(jié)構(gòu)的尺寸通常為一納米寬和數(shù)十微米長。碳納米管的定義是：純碳大分子，是又長又細的管子。它們的強度是鋼的100倍，重量僅為鋼的1/6。它們可用作電導體和熱導體、儲氫以及許多其他應用。
碳納米管因其導電性、導熱性和高強度而在納米技術、電子、光學和材料科學的許多應用中具有潛在的用途。在電子顯微鏡下，納米管材料看起來像碳繩墊，如圖所示。這些碳繩的寬度為10至20納米，長度可達100微米。每根繩子由一束沿單一方向排列的單壁納米管組成。
碳納米管有多種類型，但常用的可分為石墨納米纖維、單壁納米管（SWNT）或多壁納米管（MWNT）。石墨納米纖維是通過在合適的催化劑上分解碳氫化合物或一氧化碳而制成的，其結(jié)構(gòu)可以是片狀、帶狀或人字狀排列。石墨納米纖維的長度范圍為50nm至100nm，直徑范圍為5至100nm。
單壁納米管（SWNT）很重要，因為它們表現(xiàn)出卓越的電性能，是小型化電子產(chǎn)品的良好候選者。SWNT可以在微機電 (MEM) 規(guī)模上取代電線。廣泛使用的主要障礙是它們的生產(chǎn)成本昂貴。
多壁納米管（MWNT）由多層碳納米管組成，形成圓柱形。這些結(jié)構(gòu)看起來像一卷圓柱體或像卷成圓柱體的報紙頁。單壁和多壁碳納米管都具有高度有序、光滑的石墨表面。這些通常使用兩個碳電極之間的電弧、激光燒蝕或化學氣相沉積來制備。下圖顯示了單壁和多壁碳納米管的示意圖。
碳納米管在能源應用中具有多種用途。碳納米管可以儲存氫、使電子流動或提高催化劑活性。在燃料電池研究中，碳納米管被添加到陽極的鉑/碳催化劑混合物中，以提高燃料電池中催化劑反應的效率。氮摻雜碳納米管也已用于減少燃料電池陰極處的氧氣。通過垂直排列，碳納米管可以比鉑更有效地減少堿性溶液中的氧氣。
碳納米管是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強、最硬的材料之一。這種高強度使其可用于提高其他非固體結(jié)構(gòu)和材料的強度。發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究確定，高強度鋼中可能存在碳納米結(jié)構(gòu)，這可能是古代劍具有傳奇般強度的因素之一。
由于碳納米管具有高強度和優(yōu)異的機械性能，因此可以將納米管摻入材料中以提高材料的高強度和無與倫比的韌性。一種可以將所有類型的新工程設計和技術投入開發(fā)的可能性是將碳納米管分子放入聚合物基體中形成超高強度復合材料。這將為燃料電池、超級防彈背心和服裝以及許多其他類型的新技術提供超高壓氫存儲。
碳納米管具有作為燃料電池催化劑、儲氫以及無數(shù)其他應用的有用應用。阻礙碳納米管在新應用中廣泛使用的主要障礙是合成過程的經(jīng)濟性。因此，未來的研究應集中在創(chuàng)建一種具有成本效益的工藝來大規(guī)模生產(chǎn)碳納米管。由于其經(jīng)過驗證的穩(wěn)定性以及電氣和機械性能，碳納米管將在許多應用中廣泛采用，這反過來又會在材料和能源應用方面帶來巨大的改進。
