比石墨烯更接地气的碳纳米材料,未来碳基时代的材料引领者

  “如果有一天人们能够按照自己的意愿排列原子和分子,那将创造什么样的奇迹”?

1 美国著名理论物理学家费曼

  这是美国著名理论物理学家费曼于195912月在加州理工学院作演讲时曾经提出的预言,这也被认为是对纳米科技的最早构想。在过往的几十年间,纳米科学与技术领域发生翻天覆地的变化,并取得了可喜的进展。纳米科技的发展不仅给人类带来了对自然界的全新认识,同时也给人类提供了种类繁多且应用广泛的纳米材料。碳纳米管,就是纳米材料中的一个杰出代表。

  2碳纳米管发现者饭岛澄男和碳纳米管模型

  碳纳米管自1991年被日本NEC公司科学家饭岛澄男报道以来,很快便成为纳米科学技术领域研究的热点。碳纳米管是由一层或者多层石墨烯按照不同的方式卷曲成的空心管,分别单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管具有力学、电学、热学、声学、磁学以及光学等多方面的优异性能和广阔应用前景。在过去的30年间,研究者们在碳纳米管的生长机理、结构、性能、可控制备以及应用方面开展了海量的研究并取得可喜的成果。早在1895年,前苏联科学家就提出地月之间跨越38万公里搭建“人造天梯”的伟大梦想,而要实现这个梦想就必须找到一种超级材料,科学家计算出迄今为止仅有一种材料能够满足诸此苛刻的要求,它就是:碳纳米管!

3 地月碳纳米管天梯

  从理论上讲,碳纳米管具有极为优异的力学、电学及热学等方面的性能。在力学性质方面,由于碳纳米管管层由以sp2杂化方式形成的六元环碳碳最强共价键组成,这赋予了碳纳米管极好的力学性能。理论计算机实验结果表明,碳纳米管的拉伸强度高达100-200GPa,杨氏模量超过1TPa,远远超过碳纤维和钢材的力学强度。在电学性质方面,由于以sp2杂化方式形成的碳碳键具有接近光速1/300的极高电子费米速率,这使其金属型碳纳米管的电子迁移率高达20000cm2/V·s)以上,碳纳米管所能承受的电流密度是铜线的1000倍;而对于半导体型碳纳米管来讲,由于量子限域效应,其场效应器件的开关比高达107以上。

4 碳纳米管集成电路

  这些性能远远超过目前的硅基材料器件,成为下一代电子产业最有竞争力的基元材料,成为打破后摩尔时代瓶颈的关键材料所在,将来可以用碳纳米管排列成各种复杂的网络结构,搭建起上亿个逻辑运算通路,制造出运算速度更存储容量更大、功耗更低的“全碳纳米管计算机”。在热学性质方面,碳纳米管的热导率高达6600W/(m·K)以上,是目前室温下最好的导热材料金刚石的3倍以上。

  5碳纳米管电子器件

  大展纳米是行业内率先实现千吨产能多壁碳纳米管的国家级高新技术企业,同时也是碳管品种最为齐全、应用领域最为广泛领先的新材料供应商。公司致力于将碳纳米管进行规模化生产制备,通过技术创新和市场运作,开拓更多全新应用,为社会创造更多的价值,使人类生活更加的美好。

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时间:2021-03-08 10:18
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