カーボンナノマテリアルの紹介

長い間、人々は炭素の同素体が 3 つあることしか知りませんでした。ダイヤモンド、グラファイト、アモルファスカーボンです。しかし、過去30年の間に、ゼロ次元のフラーレン、一次元のカーボンナノチューブ、二次元のグラフェンに至るまで、新たなカーボンナノ材料が次々に発見され、世界の注目を集め続けている。カーボンナノマテリアルは、その空間次元に対するナノスケールの制約の程度に応じて、0次元、1次元、および2次元カーボンナノマテリアルの3つのカテゴリに分類できます。
0次元ナノ材料とは、ナノ粒子、原子クラスター、量子ドットなど、3次元空間におけるナノメートルスケールの材料を指します。通常、それらは少数の原子と分子で構成されています。カーボン ブラック、ナノ ダイヤモンド、ナノ フラーレン C60、カーボン コーティングされたナノ金属粒子など、多くのゼロ次元カーボン ナノ材料があります。

すぐにC60が発見されると、化学者は触媒への応用の可能性を模索し始めました。現在、触媒材料分野におけるフラーレンおよびその誘導体には、主に以下の 3 つの側面があります。

(1) フラーレンを直接触媒として使用する。

(2) 均一系触媒としてのフラーレンおよびその誘導体。

(3) フラーレンおよびその誘導体の不均一系触媒への応用。
カーボンコーティングされたナノ金属粒子は、新しいタイプのゼロ次元ナノカーボン金属複合体です。炭素シェルの制限と保護効果により、金属粒子を狭い空間に閉じ込めることができ、その中にコーティングされた金属ナノ粒子は外部環境の影響下でも安定に存在することができる。この新しいタイプのゼロ次元カーボンメタルナノ材料は、独特の光電子特性を有し、医療、磁気記録材料、電磁シールド材料、リチウム電池の電極材料、触媒材料などに非常に幅広い用途があります。

一次元カーボンナノマテリアルとは、電子が非ナノスケールの一方向にのみ自由に移動し、その動きが線形であることを意味します。一次元炭素材料の代表例としては、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどが挙げられる。両者の違いは、区別する材料の直径に基づいて決定することも、定義する材料の黒鉛化の程度に基づいて決定することもできます。材料の直径によると、直径Dが50nm未満、内部の中空構造は通常カーボンナノチューブと呼ばれ、直径が50〜200nmの範囲で、主にカールした多層グラファイトシートにより、中空構造はカーボン ナノファイバーと呼ばれることがよくあります。

材料の黒鉛化の程度に応じて、定義は黒鉛化が良好であること、および材料の配向性を指します。黒鉛管軸に平行に配向したシートはカーボンナノチューブと呼ばれますが、黒鉛化度が低い、または黒鉛化構造が存在しないものは、グラファイトシートの配列が乱れており、中央が中空構造であり、さらには多層カーボンナノチューブ全てカーボンナノファイバーに分かれています。もちろん、カーボン ナノチューブとカーボン ナノファイバーの区別は、さまざまな文献では明確ではありません。

私たちの考えでは、カーボンナノ材料の黒鉛化の程度に関係なく、中空構造の有無に基づいてカーボンナノチューブとカーボンナノファイバーを区別します。すなわち、中空構造を規定する一次元カーボンナノ材料とは、中空構造を持たないカーボンナノチューブ、あるいは中空構造が明らかでない一次元カーボンナノ材料、カーボンナノファイバーである。
二次元カーボンナノ材料：グラフェンは二次元カーボンナノ材料の代表です。近年、グラフェンに代表される二次元機能性材料が注目されています。この星状物質は、力学、電気、熱、磁気において驚くべきユニークな特性を示します。構造的には、グラフェンは他の炭素材料を構成する基本単位です。グラフェンは、0 次元のフラーレンにワープし、1 次元のカーボン ナノチューブにカールし、3 次元のグラファイトに積み重ねられます。
要約すると、カーボン ナノ材料はナノ科学技術研究において常にホットなテーマであり、研究において重要な進歩をもたらしてきました。カーボンナノ材料は、その独特の構造と優れた物理的および化学的特性により、リチウムイオン電池材料、光電子材料、触媒担体、化学および生物学的センサー、水素貯蔵材料およびスーパーキャパシタ材料、およびその他の関心のある側面に広く使用されています。

中国宏武マイクロ・ナノ技術有限公司は、ナノカーボン材料の工業化の先駆者であり、世界をリードする品質のナノカーボン材料の生産と工業生産および応用のためのカーボンナノチューブおよびその他のナノカーボン材料の国内初のメーカーです。カーボン素材は世界中に輸出されており、反響は良好です。国家発展戦略とモジュール管理に基づいて、Hongwu Nano は市場志向、技術主導を堅持し、顧客の合理的な要求に応えることを使命として、中国の製造業の強みを強化するために不断の努力を行っています。