碳纳米管的应用

碳纳米管的应用 (1)超级电容器 作为电双层电容电极材料，要求材料结晶度高、导电性好、比表面积大,微孔大小集中在一定的范围内。而目前一般用多孔炭作电极材料，不但微孔分布宽(对存储能量有贡献的孔不到30%),而且结晶度低、导电性差、导致容量小。碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成加以控制,因而是一种理想的电双层电容器电极材料。碳纳米管超级电容器是已知的最大容量的电容器。 (2)碳纳米管复合材料 ?导电塑料(聚脂)。将碳纳米管均匀地扩散到塑料中,可获得强度更高并具有导电性能的塑料,可用于静电喷涂和静电消除材料。 ?电磁干扰屏蔽材料及隐形材料。由于特殊的结构和介电性质,碳纳米管表现出较强的宽带微波吸收性能，它同时还具有质量轻、导电性可调变、高温抗氧化性能强和稳定性好等特点，是一种有前途的理想微波吸收剂，可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。 (3)储氢材料 碳纳米管经过处理后具有优异的储氢性能，理论上单壁碳纳米管的储氢能力在10%以上,目前中国科学家制备的碳纳米管储氢材料的储氢能力达到4%以上，至少是稀土的2倍。储存和凝聚大量的氢气可做成燃料电池驱动汽车。 (4)锂离子电池 碳纳米管比表面积大，结晶度高，导电性好，微孔大小可通过合成工艺加以控制，因而有可能成为一种理想的电极材料。实验表明,用碳纳米管作为添加剂或单独用作锂离子电池的负 +极材料均可显著提高负极材料的嵌Li容量和稳定性。 (5)场发射管(平板显示器) 在硅片上镀上催化剂，在特定条件下使碳纳米管在硅片上垂直生长，形成阵列式结构,用于制造超高清晰度平板显示器，清晰度可达数万线。同时也可使碳纳米管在镍、玻璃、钛、铬、石墨、钨等材料上形成阵列式结构,制造各种用途的场发射管。 (6)信息存储 由于碳纳米管作为信息写入及读出探头，其信息写入及读出点可达1.3nm(当存储信号的斑 2点为10nm时，其存储密度为1 012bits/cm,称其为超高密度，比目前市场上的商品高4个数量级)，从而实现信息的超高密度存储,该技术将会给信息存储技术带来革命性变革。 (7)催化剂载体 纳米材料比表面积大，表面原子比率大(约占总原子数的50%),使体系的电子结构和晶体结构明显改变，表现出特殊的电子效应和表面效应。如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍，担载催化剂后极大提高催化剂的活性和选择性。碳纳米管作为纳米材料家族的新成员，其特殊的结构和表面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性,使其在加氢、脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。 (8)质子交换膜(PEM)燃料电池 碳纳米管燃料电池是最具发展潜力的新型汽车动力源，这种燃料电池通过消耗氢产生电力,排出的废气为水蒸气，因此没有污染。只要能够提供足够氢燃料，配有碳纳米管燃料电池的电动汽车行驶路程不受限制。相比配有锂离子电池及镍氢动力电池的汽车目前充电一次行驶路程大约200~300km，碳纳米管燃料电池有巨大的优越性 此外，碳纳米管还可用于制造催化剂和吸附剂、纳米装置(纳米机器人)、原子探针、超大规模集成电路散热衬托材料、计算机芯片导热板、一维导线、纳米同轴电缆、分子晶体管、电子开关、传感器、美容材料、防弹背心、抗震建筑等。 5 展 望 碳纳米管是纳米材料中开发价值最高的纳米材料之一。碳纳米管的导电性能优于铜，仅次于超导体，导热性能优于金刚石,并是已知的弹性模量和抗拉强度最高的材料。自从1991年发现以来,经过各国科学家近10年的研究，在基础研究和应用领域都取得了重要进展。可以预见，随着研究领域新的发现,碳纳米管的应用领域将会越来越广，其蕴藏的潜在的巨大经济价值将随着人们对它的认识的不断加深而充分体现出来。用碳纳米管制成的薄膜材料将会对充电电池及燃料电池技术产生革命性的影响。由于用碳纳米管制造的分子晶体管的出现，在未来数10年内，现在以硅基材料为基础的微电子产品,有可能被以碳基材料为基础的具有更多功能、能耗更少的微电子产品取代。碳纳米管读写探头和纳米信息存储薄膜一起，可将信息存储密度提高到1013~1014bits/cm2,从而为个人信息系统的出现奠定基础。碳纳米管具有非常光明的前景，可以相信在未来10年内,随着碳纳米管应用技术及产品的开发，碳纳米管将会对众多领域产生重大而深刻的影响，并给人类带来巨大的利益。 600?下甲烷部分氧化副产品碳的TEM 600?下由合成气生成碳的TEM