中國(guó)粉體網(wǎng)9月11日訊 作為新一代高科技材料，碳納米管在眾多領(lǐng)域擁有廣泛應(yīng)用前景，它正在不斷突破邊界，衍生出無(wú)限可能。國(guó)內(nèi)外在碳納米技術(shù)方面的研發(fā)十分活躍并不斷取得進(jìn)展，使得碳納米管在電子、醫(yī)療、工業(yè)等領(lǐng)域均有了一定的研究和應(yīng)用。
電學(xué)領(lǐng)域:高儲(chǔ)能電池
碳納米管具有非常高的表面積、導(dǎo)電性能和良好的機(jī)械性能，是電化學(xué)領(lǐng)域所需的理想材料。
銅線一直以來(lái)以其成熟的使用歷史及良好的導(dǎo)電性能被用于電氣系統(tǒng)。但在現(xiàn)代系統(tǒng)中，伴隨功能性需求的增加，銅導(dǎo)線在重量和易被腐蝕方面存在著明顯的缺陷。而由碳納米管制成的導(dǎo)線，重量?jī)H是銅的十分之一，強(qiáng)度卻達(dá)到銅的30倍。如果將產(chǎn)品中的銅線全部或部分換為碳導(dǎo)線，對(duì)產(chǎn)品性能、載荷、效率的改變將無(wú)可估量。據(jù)國(guó)外媒體今年7月報(bào)道，英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種強(qiáng)度極好且十分輕巧的碳制導(dǎo)線，未來(lái)有望成為銅線的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。但與銅線相比，碳納米管目前最大的劣勢(shì)是其導(dǎo)電性:相同質(zhì)量的銅的導(dǎo)電率是碳納米管的2.5倍。因此在未來(lái)幾年，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們將注重于銅和碳納米管混合的線路，計(jì)劃開(kāi)發(fā)出一種由兩者組成的“超級(jí)導(dǎo)線”，集合兩種導(dǎo)線的優(yōu)勢(shì)，大幅提升導(dǎo)線的性能。
碳納米管在鋰電池中的應(yīng)用同樣不容忽視。美國(guó)麻省理工學(xué)院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了能夠極大地提高儲(chǔ)能量的碳納米管鋰電池，該電池同時(shí)兼顧鋰離子充電電池及電化學(xué)電容器二者的性能，輸出比功率是普通鋰離子充電電池的10倍，比能量是普通電化學(xué)電容器的5倍，未來(lái)可能用于小型便攜式設(shè)備中。
此外，碳納米管電容器良好的放電性能，使之能在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)將所存儲(chǔ)的能量全部放出。由于這一特性能瞬間為汽車(chē)加速提供能量，現(xiàn)已在混合電力汽車(chē)中開(kāi)始實(shí)驗(yàn)使用。
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:癌癥篩檢
癌癥篩檢向來(lái)是醫(yī)療上相當(dāng)重要的課題，若能夠及早發(fā)現(xiàn)和治療，患者不僅可以有更大的康復(fù)機(jī)會(huì)，也可減輕患者在治療過(guò)程中的疼痛，更可以有效的節(jié)省醫(yī)療成本。早前的篩選工具以硅為主要材料，2011年，哈佛大學(xué)就與麻省理工學(xué)院攜手，以碳納米管為主要材料，打造出一個(gè)不論是在尺寸、效率、精確度上面都更突出的篩選工具。其篩選效率可以達(dá)到硅管的8倍。研究人員在利用碳納米管篩檢癌細(xì)胞得到初步成果后，未來(lái)也會(huì)用其對(duì)其它疾病進(jìn)行篩檢(如HIV)和進(jìn)行工具改造。
由于碳納米管上極小的微粒可以引起碳納米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化，巴西和美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了能夠稱量單個(gè)病毒質(zhì)量的“納米秤”，為碳納米管在醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用又增添了一筆。
工業(yè)領(lǐng)域:優(yōu)異復(fù)合材料
利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增強(qiáng)的塑料，力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、可屏蔽無(wú)線電波;使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對(duì)環(huán)境造成影響;碳納米管與陶瓷的復(fù)合材料強(qiáng)度高，抗沖擊性能好;碳納米管上的五元環(huán)增強(qiáng)了其反應(yīng)活性，在高溫和其他物質(zhì)存在的條件下，極易被金屬浸潤(rùn)、和金屬形成金屬基復(fù)合材料。這樣的材料強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強(qiáng)。這些復(fù)合材料將為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)良好的材料基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)和工業(yè)界對(duì)碳納米管電子器件的研究主要集中在場(chǎng)發(fā)射管，其主要可應(yīng)用在場(chǎng)發(fā)射平板顯示器(FED)、熒光燈、氣體放電管和微波發(fā)生器中。碳納米管平板顯示器是最具誘人應(yīng)用潛力和商業(yè)價(jià)值的領(lǐng)域之一。2013年初，日本開(kāi)發(fā)出了使用碳納米管的冷陰極場(chǎng)致電子發(fā)射型面發(fā)光器件。將以前主要面向顯示器用途開(kāi)發(fā)的FED技術(shù)轉(zhuǎn)用到了照明用途中。研究成果也標(biāo)志著日本在使用碳納米管形成冷陰極的工藝開(kāi)發(fā)方面取得了突破。據(jù)介紹，用于制造長(zhǎng)壽命、低耗電、高亮度的照明器件的基本技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成。
電學(xué)領(lǐng)域:高儲(chǔ)能電池
碳納米管具有非常高的表面積、導(dǎo)電性能和良好的機(jī)械性能，是電化學(xué)領(lǐng)域所需的理想材料。
銅線一直以來(lái)以其成熟的使用歷史及良好的導(dǎo)電性能被用于電氣系統(tǒng)。但在現(xiàn)代系統(tǒng)中，伴隨功能性需求的增加，銅導(dǎo)線在重量和易被腐蝕方面存在著明顯的缺陷。而由碳納米管制成的導(dǎo)線，重量?jī)H是銅的十分之一，強(qiáng)度卻達(dá)到銅的30倍。如果將產(chǎn)品中的銅線全部或部分換為碳導(dǎo)線，對(duì)產(chǎn)品性能、載荷、效率的改變將無(wú)可估量。據(jù)國(guó)外媒體今年7月報(bào)道，英國(guó)劍橋大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種強(qiáng)度極好且十分輕巧的碳制導(dǎo)線，未來(lái)有望成為銅線的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。但與銅線相比，碳納米管目前最大的劣勢(shì)是其導(dǎo)電性:相同質(zhì)量的銅的導(dǎo)電率是碳納米管的2.5倍。因此在未來(lái)幾年，劍橋大學(xué)的科學(xué)家們將注重于銅和碳納米管混合的線路，計(jì)劃開(kāi)發(fā)出一種由兩者組成的“超級(jí)導(dǎo)線”，集合兩種導(dǎo)線的優(yōu)勢(shì)，大幅提升導(dǎo)線的性能。
碳納米管在鋰電池中的應(yīng)用同樣不容忽視。美國(guó)麻省理工學(xué)院已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了能夠極大地提高儲(chǔ)能量的碳納米管鋰電池，該電池同時(shí)兼顧鋰離子充電電池及電化學(xué)電容器二者的性能，輸出比功率是普通鋰離子充電電池的10倍，比能量是普通電化學(xué)電容器的5倍，未來(lái)可能用于小型便攜式設(shè)備中。
此外，碳納米管電容器良好的放電性能，使之能在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)將所存儲(chǔ)的能量全部放出。由于這一特性能瞬間為汽車(chē)加速提供能量，現(xiàn)已在混合電力汽車(chē)中開(kāi)始實(shí)驗(yàn)使用。
醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:癌癥篩檢
癌癥篩檢向來(lái)是醫(yī)療上相當(dāng)重要的課題，若能夠及早發(fā)現(xiàn)和治療，患者不僅可以有更大的康復(fù)機(jī)會(huì)，也可減輕患者在治療過(guò)程中的疼痛，更可以有效的節(jié)省醫(yī)療成本。早前的篩選工具以硅為主要材料，2011年，哈佛大學(xué)就與麻省理工學(xué)院攜手，以碳納米管為主要材料，打造出一個(gè)不論是在尺寸、效率、精確度上面都更突出的篩選工具。其篩選效率可以達(dá)到硅管的8倍。研究人員在利用碳納米管篩檢癌細(xì)胞得到初步成果后，未來(lái)也會(huì)用其對(duì)其它疾病進(jìn)行篩檢(如HIV)和進(jìn)行工具改造。
由于碳納米管上極小的微粒可以引起碳納米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化，巴西和美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了能夠稱量單個(gè)病毒質(zhì)量的“納米秤”，為碳納米管在醫(yī)療領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用又增添了一筆。
工業(yè)領(lǐng)域:優(yōu)異復(fù)合材料
利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增強(qiáng)的塑料，力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、可屏蔽無(wú)線電波;使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對(duì)環(huán)境造成影響;碳納米管與陶瓷的復(fù)合材料強(qiáng)度高，抗沖擊性能好;碳納米管上的五元環(huán)增強(qiáng)了其反應(yīng)活性，在高溫和其他物質(zhì)存在的條件下，極易被金屬浸潤(rùn)、和金屬形成金屬基復(fù)合材料。這樣的材料強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強(qiáng)。這些復(fù)合材料將為工業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)良好的材料基礎(chǔ)。
學(xué)術(shù)和工業(yè)界對(duì)碳納米管電子器件的研究主要集中在場(chǎng)發(fā)射管，其主要可應(yīng)用在場(chǎng)發(fā)射平板顯示器(FED)、熒光燈、氣體放電管和微波發(fā)生器中。碳納米管平板顯示器是最具誘人應(yīng)用潛力和商業(yè)價(jià)值的領(lǐng)域之一。2013年初，日本開(kāi)發(fā)出了使用碳納米管的冷陰極場(chǎng)致電子發(fā)射型面發(fā)光器件。將以前主要面向顯示器用途開(kāi)發(fā)的FED技術(shù)轉(zhuǎn)用到了照明用途中。研究成果也標(biāo)志著日本在使用碳納米管形成冷陰極的工藝開(kāi)發(fā)方面取得了突破。據(jù)介紹，用于制造長(zhǎng)壽命、低耗電、高亮度的照明器件的基本技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成。
