Trong số họ của vật liệu nano, ống nano carbon là một trong những ngôi sao rực rỡ nhất . vật liệu hình ống này, được hình thành bởi sự uốn của các nguyên tử carbon trong cấu trúc hình lục giác, có đường kính từ một số chất liệu Thế giới ". Vì khám phá của nó chỉ vài thập kỷ trước, nó đã chuyển từ phòng thí nghiệm sang các ứng dụng công nghiệp, thay đổi sâu sắc cảnh quan công nghệ trong nhiều lĩnh vực .}
I . Cấu trúc xác định hiệu suất: "Ưu điểm cố hữu" của ống nano carbon
Các tính chất đáng chú ý của các ống nano carbon chủ yếu xuất phát từ cấu trúc phân tử duy nhất của chúng . Nó có thể được coi là một cấu trúc ống liền mạch được hình thành bằng cách uốn một lớp đơn lẻ . Nanotubes carbon thể hiện độ dẫn điện tuyệt vời, gần như cạnh tranh với đồng kim loại .
Cấu trúc hình ống này kết thúc nó với nhiều tính chất cực đoan: cường độ kéo của nó gấp hơn 100 lần so với thép, nhưng mật độ của nó chỉ là 1/6 thép; Độ dẫn nhiệt của nó vượt quá kim cương và nhiều lần so với đồng; Nó cũng sở hữu tính linh hoạt tốt, có khả năng bị uốn cong thành nhiều hình dạng khác nhau mà không phá vỡ . thậm chí còn hấp dẫn hơn, các tính chất này không loại trừ lẫn nhau - một ống nano carbon duy nhất có thể đồng thời có độ bền, độ dẫn điện, gần như không thể đạt được
2. từ phòng thí nghiệm đến dây chuyền sản xuất: công nghiệp hóa lợi thế hiệu suất
Ưu điểm hiệu suất của các ống nano carbon đang mang trái trong các lĩnh vực khác nhau . trong lĩnh vực điện tử, nó được coi là đối thủ cạnh tranh mạnh mẽ cho các vật liệu kết nối chip thế hệ tiếp theo . Nhiệt độ . Hiện tại, nhóm nghiên cứu của chúng tôi ở Trung Quốc đã chuẩn bị thành công các chip carbon ống nano, với hiệu suất đạt đến cấp độ hàng đầu quốc tế .
Trong lĩnh vực vật liệu composite, việc bổ sung các ống nano carbon có thể làm trẻ hóa các vật liệu truyền thống . Thêm 0 . 1% ống nano carbon vào nhựa có thể làm tăng độ dẫn của nó theo một số bậc độ lớn, trong khi duy trì các đặc tính xử lý nhẹ và dễ dàng của nhựa; Thêm nó vào bê tông có thể tăng cường độ nén của vật liệu lên 30%, và cũng cho bê tông khả năng tự cảm nhận, để theo dõi thiệt hại cấu trúc trong thời gian thực.
Trong trường năng lượng, ống nano carbon là vật liệu điện cực lý tưởng . Các siêu tụ điện được tạo ra với chúng có tốc độ sạc nhanh hơn 10 lần so với pin lithium truyền thống và tuổi thọ chu kỳ có thể đạt tới 100, 000 lần; Việc thêm ống nano carbon vào pin lithium-ion có thể cải thiện hiệu quả sạc và xả và an toàn của pin . Dữ liệu thử nghiệm của một doanh nghiệp năng lượng mới nhất định cho thấy pin với các điện cực composite ống nano carbon có thể tăng phạm vi lái xe lên 15%{7}}}}}}}}}}}}}
3. Các khả năng không giới hạn trong các kịch bản ứng dụng
Ranh giới ứng dụng của các ống nano carbon liên tục mở rộng . Trong trường hàng không vũ trụ, chúng được sử dụng để sản xuất các thành phần nhẹ và cường độ cao để tàu vũ trụ, giảm trọng lượng phóng trong khi tăng cường an toàn cấu trúc; Trong lĩnh vực y tế, các ống nano carbon biến đổi chức năng có thể được sử dụng làm chất mang thuốc, cung cấp chính xác các loại thuốc cho các khu vực bị ảnh hưởng và giảm thiệt hại cho các tế bào bình thường .
Trong quản trị môi trường, các màng lọc làm từ ống nano carbon có thể hấp phụ các ion kim loại nặng và các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước . Hiệu quả lọc là5-10} lần của các bộ lọc truyền thống và chúng có thể được sử dụng lại; Trong lĩnh vực thiết bị điện tử linh hoạt, khi kết hợp với các chất nền linh hoạt, chúng có thể được sử dụng để tạo ra các da điện tử có thể đeo, màn hình linh hoạt và các thiết bị khác . Một cảm biến linh hoạt của ống nano carbon được phát triển bởi một công ty công nghệ nhất định có thể cảm nhận được 0 {.} 1.
4. Những thách thức và tương lai: Làm "Siêu vật liệu" thành một phần của cuộc sống của chúng ta
Mặc dù hiệu suất tuyệt vời của chúng, ứng dụng quy mô lớn của các ống nano carbon vẫn phải đối mặt với một số thách thức . Hiện tại, chi phí sản xuất của ống nano carbon chất lượng cao vẫn còn tương đối cao và tính nhất quán trong quá trình sản xuất hàng loạt rất khó kiểm soát; Hơn nữa, sự an toàn sinh học của chúng vẫn cần nghiên cứu và xác minh dài hạn, ở một mức độ nào đó giới hạn phạm vi ứng dụng của chúng .
Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ chuẩn bị, những vấn đề này đang dần được giải quyết . Việc cải thiện phương pháp lắng đọng hóa chất xúc tác đã làm giảm 90% chi phí sản xuất của ống nano carbon trong mười năm; Việc giới thiệu công nghệ trí tuệ nhân tạo đã cho phép kiểm soát chính xác quá trình tăng trưởng của ống nano carbon, cải thiện đáng kể tính nhất quán của sản phẩm .
Trong tương lai, khi công nghệ trưởng thành hơn nữa, các ống nano carbon dự kiến sẽ đạt được ứng dụng quy mô lớn trong nhiều lĩnh vực hơn: từ màn hình điện thoại thông minh có thể uốn cong đến vest chống đạn nhẹ và mạnh mẽ, từ các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả đến công nghệ chẩn đoán chính xác của chúng tôi Nâng cấp .