什么是碳納米管-性能優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用一覽

什么是碳納米管_性能優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用一覽1.碳納米管碳納米管(CNTs)是一類工程納米顆粒(ENP)，該納米顆粒是由大量碳原子依靠碳的化學(xué)鍵而組成的管狀結(jié)構(gòu)。CNTs主要有兩種類型，單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。SWCNTs是單層石墨圓柱體，其直徑約為幾納米;MWCNTs包含2?30個(gè)同心圓柱體，直徑通常在30?50nm之間?？傮w上，CNTs的長(zhǎng)度變化很大，通常在100nm-10μm之間甚至更長(zhǎng)。CNTs的強(qiáng)度是鋼的10倍，但重量?jī)H為鋼的1/6，因此它具有強(qiáng)化任何材料的能力。另外，它也是比銅更優(yōu)良的電熱導(dǎo)體。它們獨(dú)特的結(jié)構(gòu)賦予了它們卓越的化學(xué)和物理特性，使它們被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域。2.碳納米管的應(yīng)用(1)儲(chǔ)氫材料：吸附是氣體吸附質(zhì)在固體吸附劑外表發(fā)生的行為，其發(fā)生的過程與吸附劑固體外表特征密切相關(guān)。對(duì)于納米粒子的吸附機(jī)理，目前普遍認(rèn)為納米碳管的吸附作用主要是由于納米粒子碳管的外表羥基作用。納米碳管外表存在的羥基能夠和某些陽離子鍵合，從而到達(dá)表觀上對(duì)金屬離子或有機(jī)物產(chǎn)生吸附作用。(2)質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池：碳納米管燃料電池是最具開展?jié)摿Φ男滦推噭?dòng)力源，這種燃料電池通過消耗氫產(chǎn)生電力，排出的廢氣為水蒸氣，因此沒有污染。它與鋰離子電池及銳氫動(dòng)力電池相比有巨大的優(yōu)越性，可以用碳納米管儲(chǔ)氫材料儲(chǔ)氫后供給氫，也可通過分解氣油和其他碳?xì)浠衔锘蛑苯訌目諝庵蝎@取氫給燃料電池提供氫源。(3)超級(jí)電容器碳納米管用作電雙層電容器電極材料。電雙層電容器既可用作電容器也可以作為一種能量存儲(chǔ)裝置。超級(jí)電容器可大電流充放電，幾乎沒有充放電過電壓，循環(huán)壽命可達(dá)上萬次，工作溫度范圍很寬。電雙層電容器在聲頻、視頻設(shè)備、調(diào)諧器、電話機(jī)和傳真機(jī)等通訊設(shè)備及各種家用電器中均可得到廣泛的應(yīng)用。作為了電雙層電容器的電極材料，要求該材料結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比外表積大、微孔大小集中在一定的范圍內(nèi)。而目前一般用多孔炭作電極材料，不但微孔分布寬(國存儲(chǔ)能量有奉獻(xiàn)的孔不到30%)，而且結(jié)晶度低、導(dǎo)電性差，導(dǎo)致容量小沒有適宜的電極材料，這是限制電雙層電容器在更廣闊范圍內(nèi)使用的一個(gè)重要原因。碳納米管比外表積大、結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好，微孔大小可通過合成工藝加以控制，因而是一種理想的電雙層電容器電極材料。(4)催化劑載體碳納米管材料比外表積大，外表原子比率大(約占總原子數(shù)的50%)。使體系的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)明顯改變表現(xiàn)出特別的電子效應(yīng)和外表效應(yīng)，如氣體通過碳納米管的擴(kuò)散速度為了通過常規(guī)催化劑顆粒的上千倍，負(fù)載催化劑后可極大提升催化劑的活性。選擇性碳納米管作為納米材料家族的新成員，其特別的結(jié)構(gòu)和外表特性、優(yōu)異的儲(chǔ)氫水平和金屬及半導(dǎo)體導(dǎo)電性，使其在加氫、脫氫和擇型催化等反響中具有很大的應(yīng)用潛力。碳納米管一旦在催化上獲得應(yīng)用，可望極大提升反響的活性和選擇性，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。3.碳納米管的性能優(yōu)勢(shì)(1)強(qiáng)柔韌性碳納米管強(qiáng)度高卻不脆。彎曲碳納米管或在軸向?qū)ζ涫┘訅毫r(shí)，即使外力超過Euler強(qiáng)度極限或彎曲強(qiáng)度，碳納米管也不會(huì)斷裂，而是首先發(fā)生大角度彎曲，當(dāng)外力釋放后，碳納米管又恢復(fù)原狀。(2)儲(chǔ)氫性能良好碳納米管本身具有高比表面積，再經(jīng)過處理后具有優(yōu)異的儲(chǔ)氫能力。(3)最高的比強(qiáng)度連接碳納米管中碳原子的共價(jià)鍵是自然界最穩(wěn)定的化學(xué)鍵。碳納米管有極高的抗拉強(qiáng)度和彈性模量，與此同時(shí)，碳納米管的密度卻只有鋼的1/6，是目前可以制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。(4)良好的導(dǎo)電性碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，具有良好的導(dǎo)電性。碳納米管的電阻和其長(zhǎng)度及直徑無關(guān)，電子通過碳納米管時(shí)不會(huì)產(chǎn)生熱量加熱碳納米管。電子在碳納米管中的傳輸就像光信號(hào)在光學(xué)纖維電纜中傳輸一樣，能量損失微小，是優(yōu)良的電池導(dǎo)電劑。(5)化學(xué)穩(wěn)定性碳納米管化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有耐酸性和耐堿性。在高分子復(fù)合材料中添加碳納米管可以提高材