Como el nanomaterial unidimensional más representativo,nanotubos de carbono de pared simple（SWCNTs） tienen muchas propiedades físicas y químicas excelentes.Con la continua investigación en profundidad sobre la base y la aplicación de los nanotubos de carbono de pared simple, han mostrado amplias perspectivas de aplicación en muchos campos, incluidos dispositivos nanoelectrónicos, mejoradores de materiales compuestos, medios de almacenamiento de energía, catalizadores y portadores de catalizadores, sensores, campo emisores, películas conductoras, bio-nano materiales, etc., algunos de los cuales ya han alcanzado aplicaciones industriales.

Propiedades mecánicas de nanotubos de carbono de pared simple

Los átomos de carbono de los nanotubos de carbono de pared simple se combinan con enlaces covalentes CC muy fuertes.Se especula a partir de la estructura que tienen alta resistencia axial, bremsstrahlung y módulo elástico.Los investigadores midieron la frecuencia de vibración del extremo libre de los CNT y descubrieron que el módulo de Young de los nanotubos de carbono puede alcanzar 1Tpa, que es casi igual al módulo de Young del diamante, que es unas 5 veces mayor que el del acero.Los SWCNT tienen una resistencia axial extremadamente alta, aproximadamente 100 veces mayor que la del acero;la tensión elástica de los nanotubos de carbono de pared simple es del 5%, hasta el 12%, que es aproximadamente 60 veces mayor que la del acero.CNT tiene una excelente tenacidad y capacidad de flexión.

Los nanotubos de carbono de pared simple son excelentes refuerzos para los materiales compuestos, que pueden impartir sus excelentes propiedades mecánicas a los materiales compuestos, de modo que los materiales compuestos muestren la fuerza, tenacidad, elasticidad y resistencia a la fatiga que no poseen originalmente.En cuanto a las nanosondas, los nanotubos de carbono se pueden utilizar para fabricar puntas de sondas de exploración con mayor resolución y mayor profundidad de detección.

Propiedades eléctricas de nanotubos de carbono de pared simple

La estructura tubular en espiral de los nanotubos de carbono de pared simple determina sus propiedades eléctricas únicas y excelentes.Los estudios teóricos han demostrado que debido al transporte balístico de electrones en los nanotubos de carbono, la capacidad de conducción de corriente de estos es tan alta como 109A/cm2, que es 1000 veces mayor que la del cobre con buena conductividad.El diámetro de un nanotubo de carbono de pared simple es de aproximadamente 2 nm y el movimiento de electrones en él tiene un comportamiento cuántico.Afectado por la física cuántica, a medida que cambia el diámetro y el modo espiral de SWCNT, la brecha de energía de la banda de valencia y la banda de conducción se puede cambiar de casi cero a 1eV, su conductividad puede ser metálica y semiconductora, por lo que la conductividad de los nanotubos de carbono puede ajustarse cambiando el ángulo de quiralidad y el diámetro.Hasta ahora, no se ha encontrado ninguna otra sustancia que sea como los nanotubos de carbono de pared simple que pueden ajustar de manera similar la brecha de energía simplemente cambiando la disposición de los átomos.

Los nanotubos de carbono, como el grafito y el diamante, son excelentes conductores térmicos.Al igual que su conductividad eléctrica, los nanotubos de carbono también tienen una excelente conductividad térmica axial y son materiales termoconductores ideales.Los cálculos teóricos muestran que el sistema de conducción de calor de nanotubos de carbono (CNT) tiene una gran trayectoria libre promedio de fonones, los fonones se pueden transmitir sin problemas a lo largo de la tubería y su conductividad térmica axial es de aproximadamente 6600 W/m·K o más, que es similar a la conductividad térmica del grafeno de una sola capa.Los investigadores midieron que la conductividad térmica a temperatura ambiente de los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) es cercana a 3500 W/m•K, que es mucho mayor que la del diamante y el grafito (~2000 W/m•K).Aunque el rendimiento de intercambio de calor de los nanotubos de carbono en la dirección axial es muy alto, su rendimiento de intercambio de calor en la dirección vertical es relativamente bajo, y los nanotubos de carbono están limitados por sus propias propiedades geométricas, y su tasa de expansión es casi cero, por lo que incluso muchos nanotubos de carbono agrupados en un paquete, el calor no se transferirá de un nanotubo de carbono a otro.

La excelente conductividad térmica de los nanotubos de carbono de pared simple (SWCNT) se considera un material excelente para la superficie de contacto de los radiadores de próxima generación, lo que puede convertirlos en un agente de conductividad térmica para los radiadores de chips de CPU de computadora en el futuro.El radiador de la CPU de nanotubos de carbono, cuya superficie de contacto con la CPU está hecha completamente de nanotubos de carbono, tiene una conductividad térmica 5 veces mayor que la de los materiales de cobre de uso común.Al mismo tiempo, los nanotubos de carbono de pared simple tienen buenas perspectivas de aplicación en materiales compuestos de alta conductividad térmica y se pueden usar en varios componentes de alta temperatura, como motores y cohetes.

Propiedades ópticas de nanotubos de carbono de pared simple

La estructura única de los nanotubos de carbono de pared simple ha creado sus propiedades ópticas únicas.La espectroscopia Raman, la espectroscopia de fluorescencia y la espectroscopia ultravioleta-visible-infrarroja cercana se han utilizado ampliamente en el estudio de sus propiedades ópticas.La espectroscopia Raman es la herramienta de detección más utilizada para nanotubos de carbono de pared simple.El modo de vibración característico del modo de vibración de respiración del anillo de nanotubos de carbono de pared simple (RBM) aparece aproximadamente a 200 nm.RBM se puede utilizar para determinar la microestructura de los nanotubos de carbono y determinar si la muestra contiene nanotubos de carbono de pared simple.

Propiedades magnéticas de nanotubos de carbono de pared simple

Los nanotubos de carbono tienen propiedades magnéticas únicas, que son anisotrópicas y diamagnéticas, y se pueden utilizar como materiales ferromagnéticos blandos.Algunos nanotubos de carbono de pared simple con estructuras específicas también tienen superconductividad y pueden usarse como cables superconductores.

Rendimiento de almacenamiento de gas de nanotubos de carbono de pared simple

La estructura tubular unidimensional y la gran relación longitud-diámetro de los nanotubos de carbono de pared simple hacen que la cavidad del tubo hueco tenga un fuerte efecto capilar, por lo que tiene características únicas de adsorción, almacenamiento de gas e infiltración.Según los informes de investigación existentes, los nanotubos de carbono de pared simple son los materiales de adsorción con la mayor capacidad de almacenamiento de hidrógeno, superando con creces a otros materiales tradicionales de almacenamiento de hidrógeno, y ayudarán a promover el desarrollo de celdas de combustible de hidrógeno.

La actividad catalítica de los nanotubos de carbono de pared simple

Los nanotubos de carbono de pared simple tienen una excelente conductividad electrónica, alta estabilidad química y gran área de superficie específica (SSA).Se pueden usar como catalizadores o portadores de catalizadores y tienen una mayor actividad catalítica.No importa en la catálisis heterogénea tradicional, o en la electrocatálisis y la fotocatálisis, los nanotubos de carbono de pared simple han mostrado un gran potencial de aplicación.

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