碳是一種永遠(yuǎn)存在的礦物質(zhì)。從我們的身體到我們的環(huán)境，甚至我們的主要燃料來(lái)源都是碳基的。碳也是當(dāng)今人類(lèi)已知的最有用的金屬之一。在當(dāng)今使用的眾多碳形式中，碳納米管是迄今為止較有前途和用途廣泛的。
碳納米管是如何形成的？
碳納米管是碳的同素異形體之一。由于它們自然形成管狀納米結(jié)構(gòu)，因此被稱(chēng)為“納米管”。碳分子獨(dú)特的圓柱形結(jié)構(gòu)賦予其獨(dú)特的性質(zhì)。這些特性被發(fā)現(xiàn)在電子、光學(xué)、納米技術(shù)以及其他材料科學(xué)和技術(shù)行業(yè)中對(duì)于碳納米管的應(yīng)用最為可行。
碳納米管的特性
物理——碳納米管本質(zhì)上比其他現(xiàn)代材料更堅(jiān)固，賦予其極高的剛度和強(qiáng)度。這些材料已成功開(kāi)發(fā)出破紀(jì)錄的長(zhǎng)徑比，超過(guò)132000000:1，比大多數(shù)其他最耐用的材料更堅(jiān)固。
電學(xué)——碳納米管獨(dú)特的圓柱形結(jié)構(gòu)是一種高效的電導(dǎo)體。碳分子之間的非典型分子鍵形式允許幾乎完全不受阻礙的電傳輸。
熱學(xué)——碳納米管本質(zhì)上也是更好的熱導(dǎo)體。它的性能優(yōu)于當(dāng)今使用的許多其他流行的傳統(tǒng)熱導(dǎo)體。
碳納米管的其他性質(zhì)
這些是碳納米管的其他一些重要特性，使其成為眾多行業(yè)中極具前景的材料：
更高的彈性——碳納米管可以成功地伸長(zhǎng)至其原始長(zhǎng)度的18%以上。
更高的拉伸強(qiáng)度——碳納米管除了非常堅(jiān)固之外，還具有很高的延展性。您可以輕松地將碳納米管彎曲到很大程度，而不會(huì)損壞它。
熱膨脹系數(shù)——碳納米管的熱膨脹系數(shù)明顯低于其他材料。
碳納米管的應(yīng)用
這些是碳納米管目前和潛在的一些應(yīng)用。
碳納米管用作：
導(dǎo)熱體——由于碳納米管具有驚人的高耐熱性，因此它被認(rèn)為是現(xiàn)代導(dǎo)熱材料的充分替代品。作為純碳的聚合物，碳納米管可以利用碳分子獨(dú)特的鍵合特性輕松制造。改變它們的結(jié)構(gòu)并優(yōu)化它們的溶解度和分散能力是非?？尚械?。
場(chǎng)發(fā)射技術(shù)——碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和錐形端點(diǎn)，具有顯著較低的發(fā)射電壓。電場(chǎng)的增強(qiáng)導(dǎo)致場(chǎng)發(fā)射的增加。目前，該特性用于制造場(chǎng)發(fā)射平板顯示器。
除此之外，碳納米管作為場(chǎng)發(fā)射器件的其他應(yīng)用包括低壓、冷陰極光源，甚至在電子顯微鏡中和作為雷電電阻器。
導(dǎo)電塑料——塑料通常被視為金屬的替代品。然而，當(dāng)結(jié)構(gòu)需要具有活性和導(dǎo)電性時(shí)，使用塑料就不夠了，因?yàn)樗鼈兪峭昝赖碾娊^緣體。
盡管在制造過(guò)程中添加了特定的導(dǎo)電添加劑（例如大石墨纖維和炭黑），塑料可以變得非常導(dǎo)電，但它也使設(shè)備變得更加笨重。為了克服這個(gè)問(wèn)題，碳纖維中碳納米管的最高長(zhǎng)徑比使其非常適合用作構(gòu)建堅(jiān)固且足夠?qū)щ姷脑O(shè)備的添加劑。
能量存儲(chǔ)——碳納米管獨(dú)特的電特性使其能夠替代用于制造電容器和電池的傳統(tǒng)材料。由于這是兩個(gè)最重要和增長(zhǎng)最快的行業(yè)，碳納米管在儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用必將徹底改變便攜式電源解決方案。
除此之外，碳納米管更高的導(dǎo)熱率和更大的表面積使其成為制造質(zhì)子交換膜燃料電池的理想電極催化劑。使用這種材料作為組件的復(fù)合材料將使能量存儲(chǔ)更高效、運(yùn)輸更輕。
導(dǎo)電連接器和粘合劑
由于該材料非常適合電磁屏蔽、ESD材料等應(yīng)用，因此也適合互連應(yīng)用。除此之外，該材料還可用于制造同軸電纜、粘合劑、灌封料和其他形式的連接器。
這些是當(dāng)今和未來(lái)十年碳納米管的主要應(yīng)用。全球范圍內(nèi)仍在進(jìn)行大量研究，以深入研究其不尋常的特性并為其找到可行的實(shí)際應(yīng)用。
