Εισαγωγή και υποβάθμιση εφαρμογής των νανοσωλήνων άνθρακα με ένα τοίχωμα
Οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα (SWCNTs) είναι σωληνοειδείς δομές που σχηματίζονται από την στενή καμπύλη ενός στρώματος γραφένιου και οι διαστάσεις τους διαμέτρου είναι συνήθως μεταξύ 0. 4 και 2 νανόμετρα. Οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα διαθέτουν εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα φορέα. Με μια εξαιρετικά υψηλή κινητικότητα φορέα 5cm2/v · s, ένα εκπληκτικό ελαστικό μέτρο περίπου 1TPA και μια εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα 3500W/m · K, αυτό το υλικό έχει σημαντικό δυναμικό σε βιομηχανίες όπως νέα ενεργειακά οχήματα και ευέλικτα ηλεκτρονικά. Δεδομένου ότι οι επιστήμονες συνθέτουν επιτυχώς αυτό το υλικό για πρώτη φορά το 1993, τα SWCNTs έχουν προσελκύσει εκτεταμένη προσοχή στην επιστημονική κοινότητα λόγω της εξαιρετικής ηλεκτρικής αγωγιμότητας τους και έχουν προωθήσει την ερευνητική πρόοδο τους σε διάφορους προηγμένους τομείς εφαρμογών.
Οι μοναδικές ιδιότητες των νανοσωλήνων άνθρακα με ένα τοίχωμα
"Μηχανικές ιδιότητες"
Τα άτομα άνθρακα μέσα σε νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα συνδέονται στενά με ομοιοπολικούς δεσμούς CC και αυτή η δομή την παραδίδει με εξαιρετική αξονική αντοχή, σκληρότητα και ελαστικό μέτρο. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι το συντελεστή του Young είναι τόσο υψηλό όσο το 1TPA, συγκρίσιμο με αυτό του διαμαντιού και υπερβαίνει πολύ εκείνη του χάλυβα κατά πέντε φορές. Εν τω μεταξύ, οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα διαθέτουν εκπληκτική αξονική αντοχή, η οποία είναι πάνω από εκατό φορές εκείνη του χάλυβα. Επιπλέον, η ελαστικότητά του μπορεί να φτάσει το 5% έως 12%, δηλαδή 60 φορές εκείνη του χάλυβα, αποδεικνύοντας πλήρως την εξαιρετική σκληρότητα και την ευελιξία του.
Ηλεκτρική απόδοση
Οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα παρουσιάζουν εκκρεμείς ηλεκτρικές ιδιότητες λόγω της μοναδικής ελικοειδούς σωληνωτής δομής τους. Η θεωρητική ανάλυση δείχνει ότι ο τρόπος που μεταφέρονται τα ηλεκτρόνια μέσα τους είναι παρόμοια με τις βαλλιστικές μεταφορές, η οποία προσδίδει σε νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα με εξαιρετική ικανότητα μεταφοράς ρεύματος. Σε αντίθεση με άλλες ουσίες, οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα μπορούν να ρυθμίσουν ευέλικτα την αγωγιμότητά τους, αλλάζοντας τη χειραλική γωνία και τη διάμετρο, επιτυγχάνοντας ακριβή έλεγχο του μεγέθους του ενεργειακού χάσματος. Έχουν μια εξαιρετικά μεγάλη ικανότητα μεταφοράς ρεύματος και επιδεικνύουν απαράμιλλη υπεροχή.
Θερμική απόδοση
Οι νανοσωλήνες άνθρακα όχι μόνο αποδίδουν καλά στον τομέα της ηλεκτρικής αγωγιμότητας, αλλά έχουν επίσης εξαιρετικές θερμικές ιδιότητες. Παρόμοια με εξαιρετικούς θερμικούς αγωγούς, όπως γραφίτη και διαμάντι, οι νανοσωλήνες άνθρακα διαθέτουν επίσης εξαιρετικές ικανότητες αγωγιμότητας θερμότητας, καθιστώντας τους ιδανικά θερμικά αγώγιμα υλικά. Η αξονική θερμική αγωγιμότητά του είναι τόσο υψηλή όσο 6600 W/m · K, η οποία μπορεί να είναι ακόμη συγκρίσιμη με αυτή του γραφένιου ενός στρώματος. Σε θερμοκρασία δωματίου, η θερμική αγωγιμότητα ενός ενιαίου τοιχώματος νανοσωλήνων άνθρακα είναι κοντά σε 3500 W/M · K, το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από αυτό του διαμαντιού και του γραφίτη. Ωστόσο, η απόδοση ανταλλαγής θερμότητας στην κατακόρυφη κατεύθυνση είναι σχετικά χαμηλή.
Οπτική απόδοση
Οι νανοσωλήνες άνθρακα με ένα τοίχωμα παρουσιάζουν μοναδικές οπτικές ιδιότητες λόγω της διακριτικής δομής τους. Οι επιστήμονες μελέτησαν τις οπτικές του ιδιότητες μέσω διαφόρων τεχνικών όπως η φασματοσκοπία Raman, η φασματοσκοπία φθορισμού και η φασματοσκοπία Ultraviolet-Vision-Near-Infrared. Μεταξύ αυτών, το δακτυλιοειδές μοτίβο κραδασμών αναπνοής (RBM) εμφανίζεται σε περίπου 200nm, παρέχοντας μια αποτελεσματική προσέγγιση για την ανάλυση μικροδομής των νανοσωλήνων άνθρακα και την ταυτοποίηση των νανοσωλήνων άνθρακα με ένα τοίχωμα. Επιπλέον, μετά από κατάλληλη τροποποίηση, έχει δείξει δυναμικό στην φωτοακουστική απεικόνιση και την υπερμετρική υπερθερμία, φέρνοντας νέα αξία εφαρμογής στο βιοϊατρικό πεδίο.