Jako najbardziej reprezentatywny jednowymiarowy nanomateriał,jednościenne nanorurki węglowe（SWCNT） mają wiele doskonałych właściwości fizycznych i chemicznych.Dzięki ciągłym dogłębnym badaniom nad podstawami i zastosowaniem jednościennych nanorurek węglowych, wykazali szerokie perspektywy zastosowań w wielu dziedzinach, w tym w nanourządzeniach elektronicznych, ulepszaczach materiałów kompozytowych, nośnikach energii, katalizatorach i nośnikach katalizatorów, czujnikach, emitery, folie przewodzące, bio-nanomateriały itp., z których część znalazła już zastosowania przemysłowe.

Właściwości mechaniczne jednościennych nanorurek węglowych

Atomy węgla jednościennych nanorurek węglowych są połączone bardzo silnymi wiązaniami kowalencyjnymi CC.Na podstawie konstrukcji spekuluje się, że mają one wysoką wytrzymałość osiową, bremsstrahlung i moduł sprężystości.Naukowcy zmierzyli częstotliwość drgań wolnego końca nanorurek węglowych i odkryli, że moduł Younga nanorurek węglowych może osiągnąć 1 Tpa, co jest prawie równe modułowi Younga diamentu, który jest około 5 razy większy niż w przypadku stali.SWCNT mają wyjątkowo wysoką wytrzymałość osiową, około 100 razy większą niż stal;odkształcenie sprężyste jednościennych nanorurek węglowych wynosi od 5% do 12%, czyli około 60 razy więcej niż w przypadku stali.CNT ma doskonałą wytrzymałość i podatność na zginanie.

Jednościenne nanorurki węglowe są doskonałymi wzmocnieniami materiałów kompozytowych, które mogą nadać materiałom kompozytowym swoje doskonałe właściwości mechaniczne, dzięki czemu materiały kompozytowe wykazują wytrzymałość, wiązkość, elastyczność i odporność na zmęczenie, których pierwotnie nie posiadały.Jeśli chodzi o nanosondy, nanorurki węglowe można wykorzystać do wykonania końcówek sond skanujących o wyższej rozdzielczości i większej głębokości wykrywania.

Właściwości elektryczne jednościennych nanorurek węglowych

Spiralna rurowa struktura jednościennych nanorurek węglowych decyduje o ich wyjątkowych i doskonałych właściwościach elektrycznych.Badania teoretyczne wykazały, że dzięki balistycznemu transportowi elektronów w nanorurkach węglowych ich zdolność przenoszenia prądu wynosi aż 109A/cm2, czyli 1000 razy więcej niż miedzi o dobrej przewodności.Średnica jednościennej nanorurki węglowej wynosi około 2 nm, a ruch elektronów w niej ma charakter kwantowy.Pod wpływem fizyki kwantowej, gdy zmienia się średnica i tryb spiralny SWCNT, przerwa energetyczna pasma walencyjnego i pasma przewodnictwa może zmieniać się od prawie zera do 1eV, jego przewodnictwo może być metaliczne i półprzewodnikowe, więc przewodność nanorurek węglowych może można regulować, zmieniając kąt chiralności i średnicę.Jak dotąd nie stwierdzono, aby żadna inna substancja była taka jak jednościenne nanorurki węglowe, które mogą w podobny sposób regulować przerwę energetyczną, po prostu zmieniając układ atomów.

Nanorurki węglowe, takie jak grafit i diament, są doskonałymi przewodnikami ciepła.Podobnie jak ich przewodnictwo elektryczne, nanorurki węglowe mają również doskonałe osiowe przewodnictwo cieplne i są idealnymi materiałami przewodzącymi ciepło.Teoretyczne obliczenia pokazują, że system przewodzenia ciepła nanorurki węglowej (CNT) ma dużą średnią swobodną ścieżkę fononów, fonony mogą być płynnie przenoszone wzdłuż rury, a jej osiowa przewodność cieplna wynosi około 6600 W/m·K lub więcej, co jest zbliżone do przewodność cieplna jednowarstwowego grafenu.Naukowcy zmierzyli, że przewodność cieplna jednościennej nanorurki węglowej (SWCNT) w temperaturze pokojowej wynosi blisko 3500 W/m•K, czyli znacznie więcej niż diamentu i grafitu (~2000 W/m•K).Chociaż wydajność wymiany ciepła nanorurek węglowych w kierunku osiowym jest bardzo wysoka, ich wydajność wymiany ciepła w kierunku pionowym jest stosunkowo niska, a nanorurki węglowe są ograniczone własnymi właściwościami geometrycznymi, a ich szybkość rozszerzania jest bliska zeru, więc nawet wiele nanorurki węglowe połączone w wiązkę, ciepło nie będzie przenoszone z jednej nanorurki węglowej do drugiej.

Doskonałe przewodnictwo cieplne jednościennych nanorurek węglowych (SWCNT) jest uważane za doskonały materiał na powierzchnię styku grzejników nowej generacji, co może uczynić z nich w przyszłości czynnik przewodzący ciepło dla radiatorów procesorów komputerowych.Chłodnica procesora z nanorurkami węglowymi, której powierzchnia styku z procesorem jest w całości wykonana z nanorurek węglowych, ma przewodność cieplną 5 razy większą niż powszechnie stosowane materiały miedziane.Jednocześnie jednościenne nanorurki węglowe mają dobre perspektywy zastosowania w materiałach kompozytowych o wysokiej przewodności cieplnej i mogą być stosowane w różnych elementach wysokotemperaturowych, takich jak silniki i rakiety.

Właściwości optyczne jednościennych nanorurek węglowych

Unikalna struktura jednościennych nanorurek węglowych stworzyła jego unikalne właściwości optyczne.Spektroskopia ramanowska, spektroskopia fluorescencyjna i spektroskopia w zakresie promieniowania ultrafioletowego i widzialnego w bliskiej podczerwieni były szeroko stosowane w badaniach jego właściwości optycznych.Spektroskopia Ramana jest najczęściej używanym narzędziem do wykrywania jednościennych nanorurek węglowych.Charakterystyczny tryb drgań jednościennych nanorurek węglowych w trybie drgań oddychania pierścienia (RBM) pojawia się przy około 200 nm.RBM można wykorzystać do określenia mikrostruktury nanorurek węglowych i określenia, czy próbka zawiera jednościenne nanorurki węglowe.

Właściwości magnetyczne jednościennych nanorurek węglowych

Nanorurki węglowe mają unikalne właściwości magnetyczne, które są anizotropowe i diamagnetyczne, i mogą być stosowane jako miękkie materiały ferromagnetyczne.Niektóre jednościenne nanorurki węglowe o określonych strukturach również wykazują nadprzewodnictwo i mogą być używane jako druty nadprzewodzące.

Wydajność magazynowania gazu przez jednościenne nanorurki węglowe

Jednowymiarowa struktura rurowa i duży stosunek długości do średnicy jednościennych nanorurek węglowych sprawiają, że wnęka pustej rurki ma silny efekt kapilarny, dzięki czemu ma unikalne właściwości adsorpcji, magazynowania gazu i infiltracji.Zgodnie z istniejącymi raportami z badań, jednościenne nanorurki węglowe są materiałami adsorpcyjnymi o największej zdolności magazynowania wodoru, znacznie przewyższającej inne tradycyjne materiały do ​​magazynowania wodoru, i pomogą promować rozwój wodorowych ogniw paliwowych.

Aktywność katalityczna jednościennych nanorurek węglowych

Jednościenne nanorurki węglowe mają doskonałe przewodnictwo elektroniczne, wysoką stabilność chemiczną i dużą powierzchnię właściwą (SSA).Mogą być stosowane jako katalizatory lub nośniki katalizatorów i mają wyższą aktywność katalityczną.Niezależnie od tradycyjnej katalizy heterogenicznej, elektrokatalizy i fotokatalizy, jednościenne nanorurki węglowe wykazały ogromny potencjał zastosowań.

Guangzhou Hongwu dostarcza wysokiej i stabilnej jakości jednościenne nanorurki węglowe o różnej długości, czystości (91-99%), typy funkcjonalizowane.Można również dostosować dyspersję.