Edustavimpana yksiulotteisena nanomateriaalinayksiseinäisiä hiilinanoputkia(SWCNT:t) on monia erinomaisia ​​fysikaalisia ja kemiallisia ominaisuuksia.Jatkuvan syvällisen yksiseinäisten hiilinanoputkien perus- ja soveltamistutkimuksen ansiosta ne ovat osoittaneet laajoja sovellusmahdollisuuksia monilla aloilla, mukaan lukien nanoelektroniikkalaitteet, komposiittimateriaalin tehostajat, energian varastointivälineet, katalyytit ja katalyytin kantajat, anturit, kenttä emitterit, johtavat kalvot, bio-nanomateriaalit jne., joista osa on jo saavuttanut teollisia sovellutuksia.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien mekaaniset ominaisuudet

Yksiseinäisten hiilinanoputkien hiiliatomit yhdistyvät erittäin vahvoihin CC-kovalenttisiin sidoksiin.Rakenteesta oletetaan, että niillä on korkea aksiaalinen lujuus, bremsstrahlung ja kimmomoduuli.Tutkijat mittasivat CNT:n vapaan pään värähtelytaajuuden ja havaitsivat, että Youngin hiilinanoputkien moduuli voi saavuttaa 1Tpa:n, mikä on lähes yhtä suuri kuin Youngin timanttimoduuli, joka on noin viisi kertaa teräksen moduuli.SWCNT:illä on erittäin korkea aksiaalinen lujuus, se on noin 100 kertaa teräksen lujuus;Yksiseinäisten hiilinanoputkien elastinen jännitys on 5 %, jopa 12 %, mikä on noin 60 kertaa teräksen.CNT:llä on erinomainen sitkeys ja taivutettavuus.

Yksiseinäiset hiilinanoputket ovat erinomaisia ​​vahvistuksia komposiittimateriaaleille, jotka voivat antaa niiden erinomaiset mekaaniset ominaisuudet komposiittimateriaaleille, jolloin komposiittimateriaalit osoittavat lujuutta, sitkeyttä, elastisuutta ja väsymiskestävyyttä, joita niillä ei alun perin ole.Mitä tulee nanokoettimiin, hiilinanoputkia voidaan käyttää skannaavien anturin kärkien tekemiseen korkeammalla resoluutiolla ja suuremmalla havaintosyvyydellä.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien sähköiset ominaisuudet

Yksiseinäisten hiilinanoputkien spiraalimainen putkimainen rakenne määrittää sen ainutlaatuiset ja erinomaiset sähköiset ominaisuudet.Teoreettiset tutkimukset ovat osoittaneet, että elektronien ballistisen kuljetuksen ansiosta hiilinanoputkissa niiden virrankantokyky on jopa 109 A/cm2, mikä on 1000 kertaa korkeampi kuin hyvän johtavuuden omaavan kuparin.Yksiseinäisen hiilinanoputken halkaisija on noin 2 nm, ja elektronien liikkeellä siinä on kvanttikäyttäytymistä.Kvanttifysiikan vaikutuksesta SWCNT:n halkaisijan ja spiraalimuodon muuttuessa valenssikaistan ja johtavuuskaistan energiarako voidaan muuttaa lähes nollasta 1eV:iin, sen johtavuus voi olla metallista ja puolijohtavaa, joten hiilinanoputkien johtavuus voi voidaan säätää muuttamalla kiraalisuuskulmaa ja halkaisijaa.Toistaiseksi minkään muun aineen ei ole havaittu vastaavan yksiseinäisiä hiilinanoputkia, jotka voivat samalla tavalla säätää energiaväliä yksinkertaisesti muuttamalla atomien järjestelyä.

Hiilinanoputket, kuten grafiitti ja timantti, ovat erinomaisia ​​lämmönjohtimia.Sähkönjohtavuuden tavoin hiilinanoputkilla on myös erinomainen aksiaalinen lämmönjohtavuus ja ne ovat ihanteellisia lämpöä johtavia materiaaleja.Teoreettiset laskelmat osoittavat, että hiilinanoputkien (CNT) lämmönjohtavuusjärjestelmässä on suuri keskimääräinen vapaa fononien reitti, fononit voivat kulkeutua sujuvasti putkea pitkin ja sen aksiaalinen lämmönjohtavuus on noin 6600 W/m•K tai enemmän, mikä on samanlainen kuin yksikerroksisen grafeenin lämmönjohtavuus.Tutkijat mittasivat, että yksiseinäisen hiilinanoputken (SWCNT) huoneenlämpötilan lämmönjohtavuus on lähellä 3500 W/m•K, mikä on paljon suurempi kuin timantin ja grafiitin (~2000 W/m•K).Vaikka hiilinanoputkien lämmönvaihtokyky aksiaalisessa suunnassa on erittäin korkea, niiden lämmönvaihtokyky pystysuunnassa on suhteellisen alhainen, ja hiilinanoputkia rajoittavat niiden omat geometriset ominaisuudet ja niiden laajenemisnopeus on lähes nolla, joten jopa monet hiilinanoputket niputettuina nipuksi, lämpö ei siirry hiilinanoputkesta toiseen.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien (SWCNT) erinomaista lämmönjohtavuutta pidetään erinomaisena materiaalina seuraavan sukupolven säteilijöiden kosketuspinnalle, mikä voi tehdä niistä tulevaisuudessa lämmönjohtavuusaineen tietokoneen CPU-sirun säteilijöille.Hiilinanoputkiprosessoripatteri, jonka kosketuspinta CPU:n kanssa on kokonaan valmistettu hiilinanoputkista, on 5 kertaa suurempi kuin yleisesti käytettyjen kuparimateriaalien lämmönjohtavuus.Samaan aikaan yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on hyvät käyttömahdollisuudet korkean lämmönjohtavuuden omaavissa komposiittimateriaaleissa, ja niitä voidaan käyttää erilaisissa korkean lämpötilan komponenteissa, kuten moottoreissa ja raketteissa.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien optiset ominaisuudet

Yksiseinäisten hiilinanoputkien ainutlaatuinen rakenne on luonut sen ainutlaatuiset optiset ominaisuudet.Raman-spektroskopiaa, fluoresenssispektroskopiaa ja ultravioletti-näkyvä-lähi-infrapunaspektroskopiaa on käytetty laajasti sen optisten ominaisuuksien tutkimuksessa.Raman-spektroskopia on yksiseinäisten hiilinanoputkien yleisimmin käytetty tunnistustyökalu.Yksiseinäisten hiilinanoputkien hengittävä värähtelytila ​​(RBM) esiintyy noin 200 nm:ssä.RBM:n avulla voidaan määrittää hiilinanoputkien mikrorakenne ja määrittää, sisältääkö näyte yksiseinäisiä hiilinanoputkia.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien magneettiset ominaisuudet

Hiilinanoputkilla on ainutlaatuisia magneettisia ominaisuuksia, jotka ovat anisotrooppisia ja diamagneettisia, ja niitä voidaan käyttää pehmeinä ferromagneettisina materiaaleina.Joillakin yksiseinäisillä hiilinanoputkilla, joilla on tietyt rakenteet, on myös suprajohtavuus ja niitä voidaan käyttää suprajohtavina johtoina.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien kaasun varastointikyky

Yksiulotteinen putkimainen rakenne ja yksiseinäisten hiilinanoputkien suuri pituus-halkaisijasuhde tekevät ontosta putken ontelosta voimakkaan kapillaarivaikutuksen, joten sillä on ainutlaatuiset adsorptio-, kaasuvarasto- ja tunkeutumisominaisuudet.Olemassa olevien tutkimusraporttien mukaan yksiseinäiset hiilinanoputket ovat adsorptiomateriaaleja, joilla on suurin vedyn varastointikapasiteetti, ylittävät huomattavasti muut perinteiset vedyn varastointimateriaalit, ja ne auttavat edistämään vetypolttokennojen kehitystä.

Yksiseinäisten hiilinanoputkien katalyyttinen aktiivisuus

Yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on erinomainen elektroninen johtavuus, korkea kemiallinen stabiilisuus ja suuri ominaispinta-ala (SSA).Niitä voidaan käyttää katalyytteinä tai katalyytin kantajina, ja niillä on korkeampi katalyyttinen aktiivisuus.Ei ole väliä perinteisessä heterogeenisessä katalyysissä tai sähkökatalyysissä ja fotokatalyysissä, yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on ollut suuria sovellusmahdollisuuksia.

Guangzhou Hongwu toimittaa korkealaatuisia ja vakaalaatuisia yksiseinäisiä hiilinanoputkia, joiden pituus, puhtaus (91-99%), funktionalisoitu tyyppi on erilainen.Myös dispersio voidaan räätälöidä.