當前所在位置:
技術中心
技術中心
Technology Center
Technology Center
碳納米管的結構、性能及應用
來源: | 作者:三順納米 | 發布時間: 2018-05-29 | 4202 次瀏覽 | 分享到:

1. 碳納米管的結構 
        碳納米管是一種由一層或者多層石墨層按照一定的螺旋角度卷曲而成的同軸的、直徑為納米量級的無縫管狀碳材料。碳納米管長度一般達到幾百微米或者毫米量級,最長可達分米量級,長徑比可達上千萬,是新型的一維納米材料。由單層石墨層卷曲而成的稱之為單壁碳納米管。由兩層不同直徑單壁碳納米管按同一軸套裝起來的稱為雙壁碳納米管,由三層或三層以上不同直徑的單壁碳納米管按同一軸套裝起來的稱之為多壁碳納米管,見圖1和圖2。


                      

圖1:多壁碳納米管SEM圖                                                                                        圖2:多壁碳納米管TEM圖


         單壁碳納米管按照石墨層的不同卷曲方式可以形成三種結構:扶手椅形、“之”字形、一般手性。鑒于結構上的獨特之處,所有的扶手椅型的碳管都是金屬型的,其余的金屬型和半導體型分別占1/3和2/3。通常單壁管直徑在0.7-2nm(1nm=10-9m)之間,最小的單壁管直徑約 0.4nm。  


        雙壁碳納米管具有獨特的結構。兩層石墨層間距并非固定的額0.34nm而是在0.33-0.42nm之間變化,這使得雙壁碳納米管具有一些獨特的性能。  


        碳納米管的獨特一維管狀結構決定了其具有其它材料無法比擬的性能。


2. 碳納米管的性能
2.1 電學性能

        sp2 雜化的每一個碳原子都擁有一個未成對的電子垂直于片層的π軌道上,這賦予了碳納米管優良的導電性能。碳納米管最大承載電流密度能達到 109A?cm-2,是銅的導電性的 1000 倍??蓪⑵溆米鳂O細小的導線,典型的應用是目前在鋰離子電池中作為導電劑使用。半導的碳納米管在微電子設備領域有更廣闊的應用。


2.2 力學性能

        sp2 雜化的 C – C  σ鍵是目前已知的最強的化學鍵之一,碳納米管的屈服強度在幾百 GPa 量級,楊氏模量在 TPa 量級,遠高于碳纖維、防彈衣用纖維和鋼材。有望替代碳纖維成為新型強度材料。


2.3 熱學性能

        碳納米管導熱系統具有較大的平均聲子自由程,軸向 熱導率可以高達6600W/(m·K),是目前室溫下導熱性能最高的材料--金剛石的3倍以上,是自然界中已知材料中最高的,是電子設備中高效的散熱材料。


 2.4 光學性能

        碳納米管電子波矢在環向被量子化,存在著比較多的范霍夫奇點,因此光學吸收峰多且強烈;另一方面碳納米管的波矢量在軸向上連續,電子和聲子散射容易發生,這兩種特性造成了碳納米管的獨特的光學性能。高能量的光子入射后轉變成低能量的光子,使碳納米管產生光致發光現象。同時碳納米管具有電致發光現象,將碳納米管制成功率為15W 的燈管時,光強達到10000cd/m2,壽命可達到10000h。


 3. 碳納米管在鋰離子電池中的應用

        由于碳納米管具有 102~104的長徑比、導電性能優異,目前主要用于鋰離子電池正極導電材料。碳納米管可以在活性物質之間形成優異的長程導電網絡,提高電子輸運效率,可以替代傳統的炭黑導電劑,減少添加量,提高電池能量密度,改善電池的電化學性能。在鋰離子電池的商業化應用方面,我們公司已成功進入三星SDI、比亞迪、國軒高科、比克、卓能、天勁等國內外鋰離子電池生產企業的供應鏈系統,產品質量、性能得到客戶認可。


        除此之外,碳納米管優異的導電性還可以應用在抗靜電涂料、導電高分子、橡膠、導電塑料母粒中,碳納米管軸向的抗拉強度是鋼鐵的100倍,而重量只有鋼的1/6,因此可以用在聚合物基體中形成增強復合材料等等。


梦幻师门任务多少级最赚钱