En tant que nanomatériau unidimensionnel le plus représentatif,nanotubes de carbone à paroi unique（SWCNTs） ont de nombreuses excellentes propriétés physiques et chimiques.Grâce à la recherche approfondie continue sur la base et l'application des nanotubes de carbone à paroi unique, ils ont montré de larges perspectives d'application dans de nombreux domaines, y compris les dispositifs nanoélectroniques, les amplificateurs de matériaux composites, les supports de stockage d'énergie, les catalyseurs et les supports de catalyseurs, les capteurs, le champ émetteurs, films conducteurs, matériaux bio-nano, etc., dont certains ont déjà trouvé des applications industrielles.

Propriétés mécaniques des nanotubes de carbone monoparoi

Les atomes de carbone des nanotubes de carbone à simple paroi sont associés à des liaisons covalentes CC très fortes.Il est spéculé à partir de la structure qu'ils ont une résistance axiale, un bremsstrahlung et un module élastique élevés.Les chercheurs ont mesuré la fréquence de vibration de l'extrémité libre des NTC et ont découvert que le module de Young des nanotubes de carbone peut atteindre 1Tpa, ce qui est presque égal au module de Young du diamant, qui est environ 5 fois celui de l'acier.Les SWCNT ont une résistance axiale extrêmement élevée, c'est environ 100 fois celle de l'acier ;la déformation élastique des nanotubes de carbone à simple paroi est de 5%, jusqu'à 12%, soit environ 60 fois celle de l'acier.CNT a une excellente ténacité et aptitude au pliage.

Les nanotubes de carbone à simple paroi sont d'excellents renforts pour les matériaux composites, qui peuvent conférer leurs excellentes propriétés mécaniques aux matériaux composites, de sorte que les matériaux composites présentent la résistance, la ténacité, l'élasticité et la résistance à la fatigue qu'ils ne possèdent pas à l'origine.En termes de nanosondes, les nanotubes de carbone peuvent être utilisés pour fabriquer des pointes de sonde à balayage avec une résolution plus élevée et une plus grande profondeur de détection.

Propriétés électriques des nanotubes de carbone à paroi unique

La structure tubulaire en spirale des nanotubes de carbone à paroi unique détermine ses propriétés électriques uniques et excellentes.Des études théoriques ont montré qu'en raison du transport balistique des électrons dans les nanotubes de carbone, leur capacité de transport de courant peut atteindre 109A/cm2, soit 1000 fois supérieure à celle du cuivre avec une bonne conductivité.Le diamètre d'un nanotube de carbone à paroi unique est d'environ 2 nm et le mouvement des électrons dans celui-ci a un comportement quantique.Affecté par la physique quantique, à mesure que le diamètre et le mode spirale du SWCNT changent, l'écart d'énergie de la bande de valence et de la bande de conduction peut être modifié de près de zéro à 1 eV, sa conductivité peut être métallique et semi-conductrice, de sorte que la conductivité des nanotubes de carbone peut être ajusté en changeant l'angle et le diamètre de chiralité.Jusqu'à présent, aucune autre substance n'a été trouvée comme les nanotubes de carbone à paroi unique pouvant ajuster de la même manière l'écart énergétique en modifiant simplement l'arrangement des atomes.

Les nanotubes de carbone, comme le graphite et le diamant, sont d'excellents conducteurs thermiques.Comme leur conductivité électrique, les nanotubes de carbone ont également une excellente conductivité thermique axiale et sont des matériaux conducteurs thermiques idéaux.Les calculs théoriques montrent que le système de conduction thermique à nanotubes de carbone (CNT) a un grand libre parcours moyen de phonons, les phonons peuvent être transmis en douceur le long du tuyau et sa conductivité thermique axiale est d'environ 6600 W/m•K ou plus, ce qui est similaire à la conductivité thermique du graphène monocouche.Les chercheurs ont mesuré que la conductivité thermique à température ambiante du nanotube de carbone à paroi unique (SWCNT) est proche de 3 500 W/m•K, ce qui est bien supérieur à celui du diamant et du graphite (~2 000 W/m•K).Bien que les performances d'échange de chaleur des nanotubes de carbone dans la direction axiale soient très élevées, leurs performances d'échange de chaleur dans la direction verticale sont relativement faibles, et les nanotubes de carbone sont limités par leurs propres propriétés géométriques, et leur taux d'expansion est presque nul, donc même beaucoup nanotubes de carbone regroupés en un faisceau, la chaleur ne sera pas transférée d'un nanotube de carbone à un autre.

L'excellente conductivité thermique des nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) est considérée comme un excellent matériau pour la surface de contact des radiateurs de nouvelle génération, ce qui peut en faire un agent de conductivité thermique pour les radiateurs à puce CPU des ordinateurs à l'avenir.Le radiateur CPU en nanotubes de carbone, dont la surface de contact avec le CPU est entièrement constituée de nanotubes de carbone, a une conductivité thermique 5 fois supérieure à celle des matériaux en cuivre couramment utilisés.Dans le même temps, les nanotubes de carbone à paroi unique ont de bonnes perspectives d'application dans les matériaux composites à haute conductivité thermique et peuvent être utilisés dans divers composants à haute température tels que les moteurs et les fusées.

Propriétés optiques des nanotubes de carbone à simple paroi

La structure unique des nanotubes de carbone à paroi unique a créé ses propriétés optiques uniques.La spectroscopie Raman, la spectroscopie de fluorescence et la spectroscopie ultraviolet-visible-proche infrarouge ont été largement utilisées dans l'étude de ses propriétés optiques.La spectroscopie Raman est l'outil de détection le plus couramment utilisé pour les nanotubes de carbone à paroi unique.Le mode de vibration caractéristique du mode de vibration respiratoire annulaire (RBM) des nanotubes de carbone à paroi unique apparaît à environ 200 nm.RBM peut être utilisé pour déterminer la microstructure des nanotubes de carbone et déterminer si l'échantillon contient des nanotubes de carbone à paroi unique.

Propriétés magnétiques des nanotubes de carbone à paroi unique

Les nanotubes de carbone ont des propriétés magnétiques uniques, qui sont anisotropes et diamagnétiques, et peuvent être utilisés comme matériaux ferromagnétiques doux.Certains nanotubes de carbone monoparoi avec des structures spécifiques ont également une supraconductivité et peuvent être utilisés comme fils supraconducteurs.

Performances de stockage de gaz des nanotubes de carbone à paroi unique

La structure tubulaire unidimensionnelle et le grand rapport longueur/diamètre des nanotubes de carbone à paroi unique confèrent à la cavité du tube creux un fort effet capillaire, de sorte qu'elle présente des caractéristiques uniques d'adsorption, de stockage de gaz et d'infiltration.Selon les rapports de recherche existants, les nanotubes de carbone à paroi unique sont les matériaux d'adsorption avec la plus grande capacité de stockage d'hydrogène, dépassant de loin les autres matériaux de stockage d'hydrogène traditionnels, et contribueront à promouvoir le développement des piles à combustible à hydrogène.

L'activité catalytique des nanotubes de carbone monoparois

Les nanotubes de carbone à paroi unique ont une excellente conductivité électronique, une stabilité chimique élevée et une grande surface spécifique (SSA).Ils peuvent être utilisés comme catalyseurs ou supports de catalyseur et ont une activité catalytique plus élevée.Peu importe dans la catalyse hétérogène traditionnelle, ou dans l'électrocatalyse et la photocatalyse, les nanotubes de carbone à paroi unique ont montré de grands potentiels d'application.

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