Alhliða kynning á kolefni nanórör

Kolefni nanórör (CNT) eru einvídd pípulaga nanóefni á nanóskala sem myndast með því að krulla grafítkolefnisatóm sem grunneininguna. Frá uppgötvun þeirra árið 1991, með því að treysta á einstaka örbyggingu þeirra og framúrskarandi alhliða frammistöðu, hafa þeir fljótt orðið að heitum vettvangi fyrir rannsóknir og notkunarkjarna á sviði nanóefna og farið víða inn í margar stefnumótandi vaxandi atvinnugreinar eins og háþróaða framleiðslu, nýja orku, nákvæmni rafeindatækni og flugrými. Þau eru þekkt sem "mögulegasta hagnýta efnið á 21. öldinni".

I. Grunnflokkun kolefnisnanoröra

Samkvæmt muninum á örbyggingu má aðallega skipta kolefnis nanórörum í þrjá flokka. Vörur í mismunandi flokkum hafa mismunandi frammistöðuáherslur og henta fyrir mismunandi aðstæður. Sem stendur eru þau sem eru mest notuð í greininni fá-veggað kolefnisnanorör og fjöl-kolefnisnanorör, á meðan ofur-fín kolefnis nanórör, sem há-flokkaður flokkur, einbeita sér að þörfum mikillar-nákvæmnisviðsmynda.

1. Single-Walled Carbon Nanotubes (SWCNTs): Mynduð með því að krulla eitt lag af grafítplötum, með þvermál venjulega á milli 0,4-2nm. Þeir hafa reglulega uppbyggingu, mjög lágt bilanatíðni og bestu raf- og hitaleiðni. Hins vegar eru þau erfið í undirbúningi, auðvelt að þétta þau og hafa mikinn kostnað. Þeir eru aðallega notaðir í hágæða vísindarannsóknum, nákvæmum rafrænum flísum og öðrum atburðarásum með miklar frammistöðukröfur.

2. Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWCNTs): Mynduð með því að krulla mörg lög af sammiðja grafítblöðum, með þvermálsbilinu 2-100nm og lengd upp að míkrómetrastigi. Þær eru með þroskaða undirbúningstækni, hóflegan kostnað og framúrskarandi vélrænan stöðugleika, en rafleiðni þeirra og dreifing er örlítið lakari en einveggja og fá-veggja kolefnis nanórör. Þeir eru aðallega notaðir í meðal-til-háþróuðum leiðandi og styrkjandi atburðarásum, eins og venjulegri leiðandi húðun og plastbreytingum.

3. Fáein-Walled Carbon Nanotubes (FWCNTs): Milli ein-veggja og fjöl-veggja, mynduð með því að krulla 2-5 lög af grafítplötum, með þvermál 2-8nm. Þau hafa bæði mikla rafleiðni eins-kolefnis nanóröra og vélrænan stöðugleika fjölveggja-kolefnis nanóröra og hafa betri dreifingargetu. Þeir eru í augnablikinu besti kosturinn sem kemur jafnvægi á frammistöðu og kostnað. Ofur-fín kolefnis nanórör (þvermál Minna en eða jafnt og 10nm), sem hágæða hluti af fáveggja kolefnis nanórör, bæta enn frekar dreifingu og hagnýta aðlögunarhæfni og henta fyrir nákvæmari notkunarsviðsmyndir.

II. Kjarnaeiginleikar kolefnisnanoröra

Framúrskarandi árangur kolefnis nanóröra kemur frá einstakri pípulaga grafítbyggingu þeirra. Þeir sýna kosti umfram hefðbundin efni í mörgum víddum eins og vélfræði, rafmagni, hitafræði og efnafræði, sem er líka kjarnaástæðan fyrir því að þeir geta komið í stað hefðbundinna efna eins og leiðandi kolsvart og styrkt iðnaðaruppfærslu.

1. Rafmagnseinkenni: Kolefni nanórör hafa framúrskarandi rafleiðni, með rúmmálsviðnám eins lágt og 1,0×10⁻⁴-5,0×10⁻³ Ω·cm og yfirborðsviðnám stillanlegt í 1,0×10¹-5,0×10q. Þeir hafa hraðan rafeindaflutningshraða og rafleiðni þeirra er mun betri en hefðbundin efni eins og leiðandi kolsvart og grafít. Að auki er viðnámsstöðugleiki þeirra sterkur, ekki auðveldlega fyrir áhrifum af umhverfisþáttum eins og hitastigi og rakastigi, og þeir geta viðhaldið afkastamikilli rafleiðni í langan tíma.

2. Vélrænir eiginleikar: Togstyrkur kolefnis nanóröra getur náð 40-80 GPa, teygjustuðullinn er allt að 1,0 × 10³-1,8 × 10³ GPa og hörku er 20-40 GPa, sem er meira en 100 sinnum hærri en stál. Á sama tíma hafa þeir framúrskarandi hörku og slitþol. Með því að bæta litlu magni (1%-5%) af þeim við fylkisefni eins og plast, gúmmí og keramik getur það bætt vélrænan styrk, höggþol og endingartíma efnanna verulega og náð tvöföldu markmiðum "létt + afkastamikil".

3. Hitaeiginleikar: Ásvarmaleiðni kolefnis nanóröra getur náð 1500 -3000 W/(m·K), geislamyndandi varmaleiðni er 50-100 W/(m·K), og hitaþolshitastigið er allt að 700 gráður á gasi (í óvirku gasumhverfi). Þeir geta viðhaldið stöðugri frammistöðu á breiðu hitastigi á bilinu -100 gráður til 600 gráður án niðurbrots eða öldrunar. Þeir hafa bæði mikla-varmaleiðni og framúrskarandi háhitaþol, hentugur fyrir háhitavinnslu og hágæða hitaleiðni.

4. Efna- og dreifingareiginleikar: Kolefni nanórör hafa framúrskarandi efnafræðilegan stöðugleika, ónæmur fyrir erfiðu efnaumhverfi eins og sterkum sýrum, sterkum basa og lífrænum leysum, hvarfast ekki við flest efni og hafa framúrskarandi oxunar- og tæringarþol. Eftir faglega yfirborðsbreytingameðferð geta þeir í raun leyst vandamálið við þéttingu, náð samræmdri dreifingu í vatni, lífrænum leysum og ýmsum fylkisefnum án þess að bæta við of miklum dreifiefnum og dreifingarstöðugleiki getur náð meira en 72 klukkustundum.

5. Umhverfiseiginleikar: Kolefnisnanorör sjálf eru ó-eitruð, bragðlaus og hafa enga hættu á rykmengun, í samræmi við alþjóðlega umhverfisverndar- og öryggisstaðla. Í samanburði við galla hefðbundins leiðandi kolsvarts, sem er viðkvæmt fyrir rykmengun og sum innihalda þungmálmaóhreinindi, henta þeir betur þörfum hágæða og umhverfisverndarvara og hægt er að beita þeim á nákvæmnissviðsmyndir sem tengjast læknisfræðilegri notkun og snertingu við matvæli.

III. Kjarnanotkunarsvið kolefnisnanoröra

Með því að treysta á alhliða frammistöðukosti hafa kolefnisnanorör smám saman leyst hefðbundin leiðandi og styrkjandi efni af hólmi og orðið kjarnastuðningsefnið fyrir uppfærslu ýmissa háþróaða atvinnugreina. Notkunarsviðsmyndir þeirra eru stöðugt að stækka og ná yfir mörg svið, allt frá vísindarannsóknum til fjöldaframleiðslu, og frá borgaralegum-hámarki til landvarna og hernaðariðnaðar.

1. Nýtt orkusvið: Sem kjarna hagnýtt efni er það mikið notað í vörum eins og litíum rafhlöðum, ofurþéttum og eldsneytisfrumum. Í litíum rafhlöðum er hægt að nota það sem leiðandi aukefni til að bæta hleðslu og afhleðslu skilvirkni, hringrásarlíf og orkuþéttleika, leysa sársaukamarkið sem hefðbundin leiðandi efni hafa mikið viðbótarmagn og hafa áhrif á orkuþéttleika rafhlöðunnar. Í ofurþéttum getur það aukið rafleiðni og orkugeymsluskilvirkni. Í eldsneytisfrumum er hægt að nota það sem hvataburð til að bæta hvatavirkni og stöðugleika.

2. Nákvæmni rafeindatæknisvið: Hentar fyrir aðstæður eins og antistatic, rafsegulvörn, hitaleiðni flísar og sveigjanleg rafeindatækni. Það er hægt að nota til að undirbúa antistatic húðun og rafsegulhlífarefni, draga úr stöðurafmagni á yfirborði rafeindavara, bæta rafsegulhlífaráhrif og tryggja rekstrarstöðugleika nákvæmra rafeindahluta. Sem hitaleiðni fyrir flís getur það fljótt flutt flíshita út og lengt endingartíma flísar. Á sama tíma er hægt að nota það til að undirbúa sveigjanlegar leiðandi filmur, sviði-áhrif smára, o.s.frv., sem hjálpar þróun sveigjanlega rafeindaiðnaðarins.

3. Advanced Composite Materials Field: Notað til að styrkja og breyta fjölliða samsettum efnum (plasti, gúmmíi, trefjum), málmfylkissamsettum efnum og keramikfylkissamsettum efnum, til að bæta vélrænan styrk, rafleiðni, hitaleiðni og slitþol efna. Það er mikið notað í flugvélaíhlutum, léttum hlutum í bíla, háum-búnaðarhylkjum o.s.frv., sem gerir sér grein fyrir léttum og-afköstum uppfærslu efna.

4. Vísindarannsóknarsvið: Sem kjarna burðarefni nanóefnarannsókna er það mikið notað í rannsóknarstofurannsóknum í háskólum og vísindarannsóknastofnunum, þar á meðal rannsóknum á frammistöðu kolefnisnanóefna, þróun nýrra hagnýtra efna, rannsókna á rafrænum flutningsaðferðum og líflækningum (lyfjaflutningsberar), sem veitir grunnstuðning fyrir bylting og tækni nanóvísinda.

5. Önnur svið: Það er hægt að nota til að útbúa há-leiðandi blek og slitþolið-og and-tæringarhúð, aðlagast þörfum prentaðrar rafeindatækni og háþróaðrar-búnaðarvörn. Sem umhverfisaðsogsefni er hægt að nota það til frásogs þungmálma og mengunarefna, sem hjálpar til við umhverfisstjórnun. Á sama tíma gegnir það einnig óbætanlegu hlutverki á hágæða sviðum eins og landvarnir og hernaðariðnaði og geimkönnun.

IV. Iðnaðarþróun og tækniaðstoð kolefnis nanóröra

Með hraðri uppfærslu hins alþjóðlega hágæða-iðnaðar heldur eftirspurn eftir kolefnisnanorörum áfram að vaxa og þróun iðnaðarins er smám saman að breytast úr "rannsóknarstofurannsóknum og þróun" í "stór-fjöldaframleiðslu og sérsniðna notkun". Bylting kjarnatækni og framleiðslugetu í stórum stíl hefur orðið lykillinn að því að efla vinsældir og notkun kolefnis nanóröra.

Sem stendur hefur innlendur kolefnisnanoröraiðnaður náð sjálfstæðum byltingum og rjúfa-langtíma einokun erlendra fyrirtækja á sviði hágæða kolefnis nanóröra. Þar á meðal hafa fyrirtæki með fullan-keðjutæknilegan styrk sigrast á tæknilegum kjarnavandamálum eins og "nákvæmri stjórn á ofur-fínri kornastærð", "mikilli-stöðugleikadreifingu" og "stór-fjöldaframleiðslu", sem myndar heildar iðnaðarkeðju frá hráefnisöflun, kjarnaferlarannsóknum og -prófun, stórframleiðsla,-sérsniðin framleiðslu og sérsniðna framleiðslu.}

Með því að taka Shandong TANFENG, leiðandi fyrirtæki á innlendu kolefnis nanórör sviði, sem dæmi, sem treystir á faglegt R&D teymi með að meðaltali meira en 12 ára reynslu, hefur það safnað meira en 30 sjálfstæðum uppfinninga einkaleyfi. Það hefur sjálfstætt þróað einkarétt yfirborðsbreytingar og nákvæmni hreinsunarferli, sem getur nákvæmlega stillt kornastærð, viðnám og dreifingarafköst kolefnis nanóröra. Það hefur byggt upp alþjóðlega staðlaða, einkarekna framleiðslustöð, búinn fullsjálfvirkum framleiðslulínum með lokuðum-lykkju, með árlegri framleiðslugetu upp á 1000 tonn, sem gerir fulla-ferla skynsamlega stjórnun til að tryggja stöðugan framleiðslulotu. Það hefur byggt upp fullkomnustu faglegu prófunarmiðstöðina í greininni, búin fullkomnu setti af innfluttum-nákvæmniprófunarbúnaði, til að prófa 18 lykilvísa ítarlega til að tryggja gæði vöru. Á sama tíma veitir það "einn-"-einn" sérsniðna þjónustu og fulla-ferla tæknilega aðstoð til að laga sig að sérsniðnum þörfum mismunandi atvinnugreina og stuðla að notkun kolefnis nanóröra á ýmsum sviðum.

Í framtíðinni, með stöðugri endurtekningu tækni og frekari hagræðingu á framleiðslukostnaði, munu kolefnis nanórör smám saman komast inn í fleiri miðlungs-til-há-sviðsmyndir og skipta út hefðbundnum efnum til að ná fram iðnaðaruppfærslu. Á sama tíma, á nýjum sviðum eins og kolefnis-flísum, líflæknisfræði og geimkönnun, er gert ráð fyrir að þær opni ný umsóknarsvæði og verði kjarnaaflið sem knýr samræmda þróun nanóvísinda og tækni og háþróaðrar-framleiðslu.