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碳納米管陣列

碳納米管陣列

碳納米管是新型納米材料,像草一樣一根一根的是碳納米管(cnt),他們構(gòu)成了茂密的草叢,即碳納米管陣列。

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碳納米管是新型納米材料,像草一樣一根一根的是碳納米管(cnt),他們構(gòu)成了茂密的草叢,即碳納米管陣列。

      碳納米管是新型納米材料,像草一樣一根一根的是碳納米管(cnt),他們構(gòu)成了茂密的草叢,即碳納米管陣列。

      碳納米管的制備方法不同,會使CNT宏觀體中單根及不同CNT間的相互作用關(guān)系不同,從而對后續(xù)的加工處理與應(yīng)用產(chǎn)生極大的影響。一般而言,在無序堆積的催化劑上生長的CNT呈現(xiàn)一定團(tuán)聚結(jié)構(gòu),纏繞嚴(yán)重、呈無序排列狀態(tài),使后續(xù)的分散及其他加工過程變得困難。而在一定條件下, 可使CNT呈現(xiàn)有顯著取向,實(shí)現(xiàn)平行排列,即形成CNT陣列。碳納米管的優(yōu)異性能在很大程度上依賴于其巨大的長徑比所帶來的在c軸方向上體現(xiàn)得力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)。在碳納米管陣列中,碳納米管平行排列,取向性較好導(dǎo)致其纏繞程度低而易分散,從而更能發(fā)揮其巨大的長徑比所引起的各種特性。比如原生的陣列可以直接作為場發(fā)射器件,各向異性導(dǎo)電材料、納米刷、傳感器等諸多功能材料;部分陣列可以抽絲、抽膜,獲得性能極為優(yōu)異的CNT纖維或薄膜;即使破壞陣列中的CNT排列,將其單分散后應(yīng)用于導(dǎo)電、導(dǎo)熱、增強(qiáng)復(fù)合材料領(lǐng)域,仍然具有比團(tuán)聚的CNT更為優(yōu)異的性能;另外,CNT陣列應(yīng)用于超強(qiáng)、超韌、導(dǎo)熱材料等方面的進(jìn)展具有潛在的、極大的工程意義。

    在獲得一定規(guī)模陣列后,人們對碳納米管的陣列應(yīng)用開展了很多開拓性的工作。由于陣列中,碳納米管具有較好的取向、較長的長徑比、三維規(guī)整排列結(jié)構(gòu),其本身就可以直接加工成很多功能器件。部分陣列具有可紡性,可以獲得具有優(yōu)異性能的碳納米管薄膜和碳納米管絲。即使將陣列分散,若仍能夠保持極大的長徑比,在應(yīng)用方面也具有很大優(yōu)勢,對于一個材料的廣泛應(yīng)用以及工業(yè)化,尤其是碳納米管陣列在復(fù)合材料的優(yōu)異性能,對碳納米管陣列的低成本、批量化制備提出了極大的需求。

    最初的碳納米管陣列的制備方法是采用某些后處理方法,例如聚合物切片、拉伸;電場、磁場、化學(xué)鍵合輔助取向;用氣體或者液體流動剪切,對無序的碳納米管進(jìn)行取向。相比通過生長控制碳納米管的取向,這些后處理方法通常工藝復(fù)雜,難于大批量大規(guī)模制備,而且往往會引入其他介質(zhì)輔助,不易得到純度極高的碳納米管陣列。因此,通過直接生長獲得碳納米管陣列成為碳納米管陣列制備的主流方法。碳納米管的制備方法可以分為包括石墨電弧法,激光蒸發(fā)法和化學(xué)氣相沉積法三大種,其中化學(xué)氣相沉積方法由于在反應(yīng)條件溫和、成本低、可控性好等方面體現(xiàn)出眾多的優(yōu)勢而成為主流。