? 碳納米管是獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，具有卓越的電子和機(jī)械性能。碳納米管是碳原子的六邊形網(wǎng)絡(luò)，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(xì)的管子。它們的強(qiáng)度是鋼的100倍，重量僅為鋼的1/6。它們可用作電導(dǎo)體和熱導(dǎo)體、儲氫以及許多其他應(yīng)用。
碳納米管因其導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和高強(qiáng)度而在納米技術(shù)、電子、光學(xué)和材料科學(xué)的許多應(yīng)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(dá)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?xì)浠衔锘蛞谎趸级瞥傻?，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?yàn)樗鼈儽憩F(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(jī)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(bào)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(gè)碳電極之間的電弧、激光燒蝕或化學(xué)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)、最硬的材料之一。這種高強(qiáng)度使其可用于提高其他非固體結(jié)構(gòu)和材料的強(qiáng)度。發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究確定，高強(qiáng)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(qiáng)度的因素之一。
由于碳納米管具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的機(jī)械性能，因此可以將納米管摻入材料中以提高材料的高強(qiáng)度和無與倫比的韌性。一種可以將所有類型的新工程設(shè)計(jì)和技術(shù)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(qiáng)度復(fù)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(shù)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(yīng)用的有用應(yīng)用。阻礙碳納米管在新應(yīng)用中廣泛使用的主要障礙是合成過程的經(jīng)濟(jì)性。因此，未來的研究應(yīng)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(yàn)證的穩(wěn)定性以及電氣和機(jī)械性能，碳納米管將在許多應(yīng)用中廣泛采用，這反過來又會在材料和能源應(yīng)用方面帶來巨大的改進(jìn)。
