碳是我們宇宙中的重要元素。它產(chǎn)生了地球上無數(shù)的生命形式，也是我們主要燃料的主要來源。今天，由于科學的巨大進步，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并合成了各種形式的碳。碳納米管和石墨烯是兩種碳形式。主要區(qū)別在于，石墨烯是單層薄層2D薄膜，而薄膜中的碳納米管像3D管或圓柱體一樣卷起。盡管它們具有許多相似的特性，但每種都有其獨特的用途和應(yīng)用。
什么是石墨烯？
石墨烯被歸類為半金屬，是碳的同素異形體。它是一種二維單層石墨，由6個碳分子與其他碳分子結(jié)合形成完美的六方晶格結(jié)構(gòu)。順便提及，石墨烯是包括碳納米管在內(nèi)的其他碳同素異形體的基本結(jié)構(gòu)元素。
由于其各種令人印象深刻的特性，石墨烯也被稱為“神奇材料”。它不僅是人類已知的最耐用的材料，而且具有極強的延展性和彈性。由于石墨烯只有一個原子厚，因此幾乎是透明的，但它也是一種出色的電導體和熱導體。
什么是碳納米管（CNT）？
碳納米管（CNT）是碳的同素異形體，呈圓柱形。碳納米管主要有兩種類型：
單壁碳納米管 (SWCNT)
多壁碳納米管 (MWCNT)
與石墨烯類似，碳納米管也非常堅固，并且具有出色的熱傳導性和電傳導性。它們還具有比當今使用的任何其他傳統(tǒng)材料更高的縱橫比。
碳納米管和石墨烯的異同
以下是碳納米管和石墨烯之間的相似點和不同點。
碳納米管的特性
就其性能而言，石墨烯和碳納米管表現(xiàn)出卓越的性能。這兩種材料之間的一些相似之處包括碳原子之間的sp2鍵。這使得它們都非常堅固，甚至比金剛石（當時已知的最嚴格的材料）還要堅固。
除了具有高的拉伸強度之外，這兩種材料由于其獨特的分子排列而具有更好的導熱和導電性能。
兩者之間的性質(zhì)差異在于，盡管石墨烯是具有反常量子霍爾效應(yīng)的零間隙半導體，但碳納米管可以是具有不同帶隙的半導體，也可以是完全金屬的，具體取決于結(jié)構(gòu)類型。
碳納米管的應(yīng)用
在談?wù)撍鼈兊膽?yīng)用時，石墨烯和碳納米管的需求領(lǐng)域存在一些差異。
一方面，石墨烯非常薄且柔韌，但導電性很高。因此，它具有作為透明導體用于光伏電池和其他類型的柔性電子設(shè)備的潛在應(yīng)用。此外，其較大的表面積與質(zhì)量之比使其在能量存儲或化學傳感方面具有巨大的應(yīng)用潛力。
另一方面，碳納米管既堅固又輕。這使得它們成為復合纖維中用作增強添加劑的完美選擇，使其同時具有極高的強度和導電性。納米管在太空電梯、防彈衣、服裝等設(shè)計和開發(fā)方面具有巨大的潛力。此外，碳納米管具有足夠的導電性和導熱性，使其在太陽能電池、傳感器、電池和晶體管等行業(yè)中具有潛在的革命性用途。
生長方法
制造石墨烯和碳納米管的生長或合成方法存在差異。
石墨烯的生長方法包括：
SiC上的外延生長
去角質(zhì)
金屬催化劑上的化學氣相沉積 (CVD)
碳納米管的生長方法包括：
催化化學氣相沉積 (CCVD)
激光燒蝕
電弧放電
雖然石墨烯和碳納米管具有相似的特征和性質(zhì)，但其性質(zhì)的差異使石墨烯和碳納米管成為促進科學進步通用和有前途的材料。
