Ymhlith y teulu o nanoddefnyddiau, mae nanotiwbiau carbon yn un o'r sêr mwyaf disglair. Mae gan y deunydd tiwbaidd hwn, a ffurfiwyd gan gyrlio atomau carbon mewn strwythur hecsagonol, ddiamedr yn amrywio o ychydig nanometr i sawl degau o nanometr, ac eto mae ganddo briodweddau annirnadwy ac mae'n cael ei amrwng gan wyddonwyr fel "uwch ddeunyddiau yn y byd microsgopig". Ers ei ddarganfod ychydig ddegawdau yn ôl, mae wedi symud o'r labordy i gymwysiadau diwydiannol, gan newid y dirwedd dechnolegol yn sylweddol mewn sawl maes.
I. Strwythur yn pennu perfformiad: "manteision cynhenid" nanotiwbiau carbon
Mae priodweddau rhyfeddol nanotiwbiau carbon yn deillio'n bennaf o'u strwythur moleciwlaidd unigryw. Gellir ei ystyried yn strwythur tiwbaidd di -dor a ffurfiwyd trwy gyrlio un haen o graffit. Yn dibynnu ar y dull cyrlio, gellir eu dosbarthu i wahanol fathau fel math cadair freichiau, math igam -ogam, a math cylchol. Yn eu plith, mae'r nanotiwbiau carbon math cadair freichiau yn arddangos dargludedd trydanol rhagorol, bron yn cystadlu yn erbyn copr metelaidd.
Mae'r strwythur tiwbaidd hwn yn ei ddiweddu â sawl priodwedd eithafol: mae ei gryfder tynnol dros 100 gwaith yn fwy na dur, ac eto dim ond 1/6 o ddur yw ei ddwysedd; Mae ei ddargludedd thermol yn fwy na diemwnt ac mae sawl gwaith yn fwy na chopr; Mae hefyd yn meddu ar hyblygrwydd da, sy'n gallu cael ei blygu i siapiau amrywiol heb dorri. Hyd yn oed yn fwy diddorol, nid yw'r priodweddau hyn yn annibynnol ar ei gilydd - gall un nanotube carbon feddu ar gryfder uwch, ysgafnder, dargludedd trydanol, a dargludedd thermol ar yr un pryd, sydd bron yn amhosibl ei gyflawni mewn deunyddiau traddodiadol.
2. O Labordy i Linell Gynhyrchu: Diwydiannu Manteision Perfformiad
Mae manteision perfformiad nanotiwbiau carbon yn dwyn ffrwyth mewn amrywiol feysydd. Ym maes electroneg, fe'i hystyrir yn gystadleuydd cryf ar gyfer deunyddiau rhyng-gysylltiad sglodion y genhedlaeth nesaf. Bydd gwifrau sglodion traddodiadol wedi'u seilio ar silicon yn wynebu cynnydd sydyn mewn gwrthiant yn y nanoscale, tra bod gan wifrau carbon nanotube nid yn unig wrthwynebiad isel ond gallant hefyd weithio'n sefydlog ar dymheredd uwch. Ar hyn o bryd, mae ein tîm ymchwil yn Tsieina wedi paratoi sglodion nanotube carbon yn llwyddiannus, gyda pherfformiad yn cyrraedd y lefel arweiniol ryngwladol.
Ym maes deunyddiau cyfansawdd, gall ychwanegu nanotiwbiau carbon adfywio deunyddiau traddodiadol. Ychwanegu 0. Gall 1% o nanotiwbiau carbon i blastig gynyddu ei ddargludedd o sawl gorchymyn maint, wrth gynnal nodweddion prosesu ysgafn a hawdd y plastig; Gall ei ychwanegu at goncrit gynyddu cryfder cywasgol y deunydd 30%, a hefyd rhoi'r gallu i'r concrit hunan-synhwyro, i fonitro difrod strwythurol mewn amser real.
Yn y maes ynni, mae nanotiwbiau carbon yn ddeunyddiau electrod delfrydol. Mae gan y supercapacitors a wneir gyda nhw gyflymder gwefru fwy na 10 gwaith yn gyflymach na batris lithiwm traddodiadol, a gall y bywyd beicio gyrraedd 100, 000 gwaith; Gall ychwanegu nanotiwbiau carbon at fatris lithiwm-ion wella effeithlonrwydd cyhuddo a rhyddhau a diogelwch y batri. Mae data prawf menter ynni newydd benodol yn dangos y gall y batri ag electrodau cyfansawdd nanotube carbon gynyddu'r ystod yrru 15%.
3. Posibiliadau diderfyn mewn senarios cais
Mae ffiniau cymwysiadau nanotiwbiau carbon yn ehangu'n gyson. Yn y maes awyrofod, fe'u defnyddir i gynhyrchu cydrannau ysgafn a chryfder uchel ar gyfer llongau gofod, gan leihau pwysau lansio wrth wella diogelwch strwythurol; Yn y maes meddygol, gellir defnyddio nanotiwbiau carbon a addaswyd yn swyddogaethol fel cludwyr cyffuriau, gan gyflenwi cyffuriau i'r ardaloedd yr effeithir arnynt yn union a lleihau difrod i gelloedd arferol.
Mewn llywodraethu amgylcheddol, gall y pilenni hidlo a wneir o nanotiwbiau carbon hysbysebu ïonau metel trwm a llygryddion organig mewn dŵr yn effeithlon. Yr effeithlonrwydd hidlo yw {{{0}} gwaith hidlwyr traddodiadol a gellir eu hailddefnyddio; Ym maes electroneg hyblyg, o'u cyfuno â swbstradau hyblyg, gellir eu defnyddio i greu crwyn electronig gwisgadwy, arddangosfeydd hyblyg, a dyfeisiau eraill. Gall synhwyrydd hyblyg nanotube carbon a ddatblygwyd gan gwmni technoleg penodol synhwyro anffurfiannau bach maint micromedr 0.1, gyda sensitifrwydd yn llawer uwch na synwyryddion traddodiadol.
4. Heriau a Dyfodol: Gwneud "Super Deunyddiau" yn rhan o'n bywydau
Er gwaethaf eu perfformiad rhagorol, mae cymhwyso nanotiwbiau carbon ar raddfa fawr yn dal i wynebu rhai heriau. Ar hyn o bryd, mae cost gynhyrchu nanotiwbiau carbon o ansawdd uchel yn dal i fod yn gymharol uchel, ac mae'n anodd rheoli'r cysondeb wrth gynhyrchu swp yn fanwl gywir; At hynny, mae angen ymchwil a dilysu tymor hir ar eu diogelwch biolegol o hyd, sydd i raddau yn cyfyngu ar gwmpas eu cais.
Fodd bynnag, gyda datblygiad technoleg paratoi, mae'r problemau hyn yn cael eu datrys yn raddol. Mae gwella dull dyddodi anwedd cemegol catalytig wedi lleihau cost cynhyrchu nanotiwbiau carbon 90% mewn deng mlynedd; Mae cyflwyno technoleg deallusrwydd artiffisial wedi galluogi rheolaeth fanwl gywir ar y broses dwf o nanotiwbiau carbon, gan wella cysondeb y cynnyrch yn sylweddol.
Yn y dyfodol, wrth i'r dechnoleg aeddfedu ymhellach, mae disgwyl i nanotiwbiau carbon gyflawni cymhwysiad ar raddfa fawr mewn mwy o feysydd: o sgriniau ffôn clyfar plygadwy i festiau ysgafn a chadarn bwled-bulletproof, o gelloedd solar effeithlon i union offer diagnostig meddygol ... mae'r "uwch-ddeunydd" hon yn ymwneud yn raddol â phŵer i mewn i fywyd, yn parhau i fod yn innie, yn parhau i mewn i ein bywydau.