בתור הננו-חומר החד-ממדי המייצג ביותר,ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמית(SWCNTs) יש הרבה תכונות פיסיקליות וכימיות מצוינות.עם המחקר המעמיק המתמשך על הבסיס והיישום של ננו-צינורות פחמן עם דופן חד-פעמי, הם הראו סיכויי יישום רחבים בתחומים רבים, כולל מכשירים אלקטרוניים ננו, משפרי חומרים מרוכבים, אמצעי אחסון אנרגיה, זרזים ונושאי זרזים, חיישנים, שדה פולטים, סרטים מוליכים, חומרים ביו-ננו וכו', שחלקם כבר השיגו יישומים תעשייתיים.

תכונות מכניות של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמי

אטומי הפחמן של ננו-צינוריות פחמן חד-דופן משולבים בקשרים קוולנטיים CC חזקים מאוד.משערים על פי המבנה שיש להם חוזק צירי גבוה, ברמססטרהלונג ומודול אלסטי.חוקרים מדדו את תדירות הרטט של הקצה החופשי של CNTs ומצאו שמודול ננו-צינורות הפחמן של יאנג יכול להגיע ל-1Tpa, שהוא כמעט שווה למודול יאנג של היהלום, שהוא בערך פי 5 מזה של פלדה.ל-SWCNT יש חוזק צירי גבוה במיוחד, זה בערך פי 100 מזה של פלדה;המתח האלסטי של ננו-צינורות פחמן חד-דופן הוא 5%, עד 12%, שהם בערך פי 60 מזה של פלדה.ל-CNT קשיחות מעולה וכיפוף.

ננו-צינורות פחמן בעלי קירות חדים הם חיזוקים מצוינים לחומרים מרוכבים, שיכולים להקנות את התכונות המכניות המצוינות שלהם לחומרים מרוכבים, כך שחומרים מרוכבים מראים את החוזק, הקשיחות, הגמישות וההתנגדות לעייפות שאין להם במקור.במונחים של ננו-גשושיות, ננו-צינורות פחמן יכולים לשמש לייצור קצות בדיקה סריקה עם רזולוציה גבוהה יותר ועומק זיהוי גדול יותר.

תכונות חשמליות של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמי

המבנה הצינורי הספירלי של ננו-צינוריות פחמן חד-דופן קובע את התכונות החשמליות הייחודיות והמעולות שלה.מחקרים תיאורטיים הראו שבגלל ההובלה הבליסטית של אלקטרונים בננו-צינוריות פחמן, כושר נשיאת הזרם שלהם גבוה עד 109A/cm2, שהוא פי 1000 גבוה מזה של נחושת עם מוליכות טובה.הקוטר של ננו-צינור פחמן בעל דופן אחת הוא כ-2 ננומטר, ולתנועת האלקטרונים בו יש התנהגות קוונטית.מושפע מפיזיקה קוונטית, כאשר הקוטר והמצב הספירלי של SWCNT משתנים, ניתן לשנות את פער האנרגיה של פס הערכיות ופס ההולכה מכמעט אפס ל-1eV, המוליכות שלו יכולה להיות מתכתית ומוליכה למחצה, כך שהמוליכות של ננו-צינוריות פחמן יכולה להיות להיות מותאם על ידי שינוי זווית הקיראליות והקוטר.עד כה, אף חומר אחר לא נמצא כמו ננו-צינוריות פחמן חד-דופן שיכולות להתאים באופן דומה את פער האנרגיה פשוט על ידי שינוי סידור האטומים.

ננו-צינורות פחמן, כמו גרפיט ויהלום, הם מוליכים תרמיים מצוינים.כמו המוליכות החשמלית שלהם, גם לננו-צינורות פחמן יש מוליכות תרמית צירית מעולה והם חומרים מוליכים תרמית אידיאליים.חישובים תיאורטיים מראים שלמערכת הולכת חום פחמן (CNT) יש נתיב חופשי ממוצע גדול של פונונים, פונונים יכולים להיות מועברים בצורה חלקה לאורך הצינור, והמוליכות התרמית הצירית שלו היא בערך 6600W/m•K או יותר, מה שדומה ל- מוליכות תרמית של גרפן חד-שכבתי.החוקרים מדדו שהמוליכות התרמית של טמפרטורת החדר של ננו-צינורית פחמן בעלת דופן חד (SWCNT) קרובה ל-3500W/m•K, שהיא הרבה יותר גדולה מזו של יהלום וגרפיט (~2000W/m•K).למרות שביצועי חילופי החום של ננו-צינורות פחמן בכיוון הצירי גבוהים מאוד, ביצועי חילופי החום שלהם בכיוון האנכי נמוכים יחסית, וננו-צינוריות פחמן מוגבלות על ידי התכונות הגיאומטריות שלהן, וקצב ההתפשטות שלהן הוא כמעט אפס, כך שאפילו הרבה ננו-צינוריות פחמן ארוזות לתוך צרור, חום לא יועבר מננו-צינורית פחמן אחת לאחרת.

המוליכות התרמית המצוינת של ננו-צינוריות פחמן חד-דופן (SWCNTs) נחשבות לחומר מצוין למשטח המגע של רדיאטורים מהדור הבא, מה שיכול להפוך אותם לסוכן מוליכות תרמית עבור רדיאטורים של שבבי מעבד מחשבים בעתיד.לרדיאטור המעבד ננו-שפופרת פחמן, שמשטח המגע שלו עם המעבד עשוי כולו מננו-צינוריות פחמן, בעל מוליכות תרמית פי 5 מחומרי נחושת נפוצים.יחד עם זאת, לננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת יש סיכוי טוב ליישום בחומרים מרוכבים מוליכות תרמית גבוהה וניתן להשתמש בהם ברכיבים שונים בטמפרטורה גבוהה כגון מנועים ורקטות.

תכונות אופטיות של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמי

המבנה הייחודי של ננו-צינוריות פחמן חד-דופן יצר את התכונות האופטיות הייחודיות שלה.ספקטרוסקופיה של ראמאן, ספקטרוסקופיה פלואורסצנטית וספקטרוסקופיה אולטרה סגול-נראה-קרוב אינפרא אדום היו בשימוש נרחב בחקר התכונות האופטיות שלה.ספקטרוסקופיה של ראמאן היא כלי הזיהוי הנפוץ ביותר עבור ננו-צינורות פחמן בעלי דופן יחידה.מצב הרטט האופייני של ננו-צינורות פחמן עם דופן חד-דפנות טבעת מצב רטט נשימה (RBM) מופיע בערך 200 ננומטר.ניתן להשתמש ב-RBM כדי לקבוע את המבנה המיקרו של ננו-צינוריות פחמן ולקבוע אם המדגם מכיל ננו-צינוריות פחמן עם דופן אחת.

תכונות מגנטיות של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמי

לננו-צינוריות פחמן יש תכונות מגנטיות ייחודיות, שהן אניזוטרופיות ודיאמגנטיות, וניתן להשתמש בהן כחומרים פרומגנטיים רכים.לכמה ננו-צינוריות פחמן עם דופן אחת עם מבנים ספציפיים יש גם מוליכות-על וניתן להשתמש בהן כחוטים מוליכים.

ביצועי אחסון גז של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן אחת

המבנה הצינורי החד-ממדי ויחס האורך לקוטר הגדול של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמי גורמים לחלל הצינור החלול להיות בעל אפקט נימי חזק, כך שיש לו מאפייני ספיחה, אגירת גז וחדירה ייחודיים.על פי דוחות מחקר קיימים, ננו-צינוריות פחמן חד-דופן הם חומרי הספיחה בעלי יכולת אחסון המימן הגדולה ביותר, העולה בהרבה על חומרי אחסון מימן מסורתיים אחרים, ויסייעו לקדם את הפיתוח של תאי דלק מימן.

הפעילות הקטליטית של ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-פעמית

לננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד-שכבתי מוליכות אלקטרונית מצוינת, יציבות כימית גבוהה ושטח פנים ספציפי גדול (SSA).הם יכולים לשמש כזרזים או כנשאי זרז, ובעלי פעילות קטליטית גבוהה יותר.לא משנה בקטליזה הטרוגנית מסורתית, או באלקטרוקטליזה ופוטוקטליזה, ננו-צינורות פחמן בעלי דופן חד הראו פוטנציאל יישום גדול.

גואנגג'ואו הונגוו מספקת ננו-צינוריות פחמן חד-דופן באיכות גבוהה ויציבה עם אורך שונה, טוהר (91-99%), סוגים פונקציונליים.כמו כן ניתן להתאים פיזור.