综合

国外碳纳米技术的研究及应用

2019-10-09 00:25:01来源:励志吧0次阅读

作为下一代高科技材料,碳纳米管在众多领域拥有广泛应用前景,它正在不断突破边界,衍生出无限可能。国外在碳纳米技术方面的研发十分活跃并不断取得进展,使得碳纳米管在电子、医疗、工业等领域均有了一定的研究和应用。

电学领域:高储能电池

碳纳米管具有非常高的表面积、导电性能和良好的机械性能,是电化学领域所需的理想材料。

铜线一直以来以其成熟的使用历史及良好的导电性能被用于电气系统。但在现代系统中,伴随功能性需求的增加,铜导线在重量和易被腐蚀方面存在着明显的缺陷。而由碳纳米管制成的导线,重量仅是铜的十分之一,强度却达到铜的30倍。如果将产品中的铜线全部或部分换为碳导线,对产品性能、载荷、效率的改变将无可估量。据国外媒体今年7月报道,英国剑桥大学的科学家们已经开发出一种强度极好且十分轻巧的碳制导线,未来有望成为铜线的有力竞争对手。但与铜线相比,碳纳米管目前最大的劣势是其导电性:相同质量的铜的导电率是碳纳米管的2.5倍。因此在未来几年,剑桥大学的科学家们将注重于铜和碳纳米管混合的线路,计划开发出一种由两者组成的“超级导线”,集合两种导线的优势,大幅提升导线的性能。

碳纳米管在锂电池中的应用同样不容忽视。美国麻省理工学院已经开发出了能够极大地提高储能量的碳纳米管锂电池,该电池同时兼顾锂离子充电电池及电化学电容器二者的性能,输出比功率是普通锂离子充电电池的10倍,比能量是普通电化学电容器的5倍,未来可能用于小型便携式设备中。

此外,碳纳米管电容器良好的放电性能,使之能在几毫秒的时间内将所存储的能量全部放出。由于这一特性能瞬间为汽车加速提供能量,现已在混合电力汽车中开始实验使用。

医学领域:癌症筛检

癌症筛检向来是医疗上相当重要的课题,若能够及早发现和治疗,患者不仅可以有更大的康复机会,也可减轻患者在治疗过程中的疼痛,更可以有效的节省医疗成本。早前的筛选工具以硅为主要材料,2011年,哈佛大学就与麻省理工学院携手,以碳纳米管为主要材料,打造出一个不论是在尺寸、效率、精确度上面都更突出的筛选工具。其筛选效率可以达到硅管的8倍。研究人员在利用碳纳米管筛检癌细胞得到初步成果后,未来也会用其对其它疾病进行筛检(如HIV)和进行工具改造。

由于碳纳米管上极小的微粒可以引起碳纳米管在电流中的摆动频率发生变化,巴西和美国科学家发明了能够称量单个病毒质量的“纳米秤”,为碳纳米管在医疗领域的进一步应用又增添了一笔。

工业领域:优异复合材料

利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料,力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、可屏蔽无线电波;使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高,不易对环境造成影响;碳纳米管与陶瓷的复合材料强度高,抗冲击性能好;碳纳米管上的五元环增强了其反应活性,在高温和其他物质存在的条件下,极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。这些复合材料将为工业生产带来良好的材料基础。

学术和工业界对碳纳米管电子器件的研究主要集中在场发射管,其主要可应用在场发射平板显示器(FED)、荧光灯、气体放电管和微波发生器中。碳纳米管平板显示器是最具诱人应用潜力和商业价值的领域之一。2013年初,日本开发出了使用碳纳米管的冷阴极场致电子发射型面发光器件。将以前主要面向显示器用途开发的FED技术转用到了照明用途中。研究成果也标志着日本在使用碳纳米管形成冷阴极的工艺开发方面取得了突破。据介绍,用于制造长寿命、低耗电、高亮度的照明器件的基本技术现已经开发完成。

郑州西京白癜风医院专家电话
成都西部甲状腺医院陈鹏飞
郑州西京白癜风医院专家简介
潍坊东方银屑病研究院王尚和
郑州西京白癜风医院专家在线门诊
分享到: