Свойства углеродных нанотрубок
УНТ имеют самую простейшую химическую композицию и атомную связь, но они демонстрируют богатое разнообразие структур и связанных с ними физических и химических свойств. Поскольку его можно рассматривать как свернутые графитные листы в цилиндрах, он неизбежно обладает превосходными внутренними характеристиками графита, такими как высокая теплостойкость, коррозионная стойкость, высокая устойчивость к тепловым шоку, хорошую теплопроводимость и электрическая проводимость, собственность самоммы и биосовместимость среди серии комплексных свойств. Однако комбинация размера, структуры и топологических факторов УНТ обеспечивает УНТ чрезвычайно уникальными и многообещающими перспективами применения в производительности.
(1) Механические свойства:
Основная структура УНТ аналогична структуре графена, состоящей из самых сильных ковалентных связей в природе, образованных C=C, с помощью гибридизации SP2. Он имеет чрезвычайно высокую механическую прочность. Основной модуль упругости УНТ в настоящее время оценивается в ближайший к модуле графенового листа как теоретически, так и экспериментально. В связи с тем, что УНТ представляют собой полые клетки, похожие на структуры, с закрытой топологической структурой, они могут проявлять эластичность посредством изменений объема, тем самым способные выдерживать растягивающие штаммы более 40%. Следовательно, УНТ имеют чрезвычайно высокую прочность и модуль упругости. Модуль Янга теоретически измеренных одностенных углеродных нанотрубок может достигать 1,28 ТПА, а его эластичный модуль почти такой же, как у алмаза, примерно в 5 раз больше, чем у стали. Его теоретическая прочность на растяжение в 100 раз превышает сталь, в то время как его плотность составляет всего 1/6 стали; Более того, он обладает чрезвычайно высокой выносливостью и гибкостью. Теоретическое максимальное удлинение может достигать 20%, а SWNT могут противостоять крутой деформации и быть согнутыми в мелкие кольца. После удаления стресса они могут полностью вернуться в свое первоначальное состояние.
Модуль молодых многостенных углеродных нанотрубок составляет 200-400 GPA, натяжение изгиба составляет 14 ГПа, а противоглуженное напряжение составляет 100 ГПа. Сила углеродных нанотрубок в 200 раз выше, чем у других волокон, и может выдержать 1 миллион атмосфер без лома.
Сила и прочность УНТ намного превосходят любые волокнистые материалы.
(2) Электрические свойства:
Атомы углерода CNT являются SP 2- гибридизованы, и каждый атом углерода имеет одно непарное положение электрона.
На P -орбиталях, перпендикулярных слоям, ТНТ имеют превосходную электрическую проводимость. Энергетический зазор CNT влияет на квантовый эффект размера из -за спиральной структуры или изменения диаметра. С различными спиральными градусами и диаметрами энергетический зазор для электронов, перемещающихся от валентной полосы к полосе проводимости в одностенных углеродных нанотрубках, может непрерывно варьироваться от почти нулевого до нескольких электромобилей, то есть УНТ может демонстрировать металлические, полуметаллические или полупроводниковые свойства. Кроме того, радиальное движение электронов в УНТ ограничено, показывая типичные квантовые эффекты ограничения, в то время как осевое движение электронов вообще не ограничено. Радиальное сопротивление УНТ больше осевого сопротивления, и эта анизотропия сопротивления увеличивается с уменьшением температуры.
(3) Тепловые свойства:
УНТ демонстрируют превосходные характеристики тепловой проводимости. Из -за их чрезвычайно большого соотношения сторон их производительность теплообмена вдоль направления длины очень высока, в то время как их производительность теплообмена в вертикальном направлении относительно низкая. Посредством соответствующей ориентации КНТ могут использоваться для приготовления высоких анизотропных теплопроводных материалов. Чем выше степень графита углерода, тем больше его теплопроводности. Кроме того, УНТ обладают высокой теплопроводностью. Пока небольшое количество углеродных нанотрубок легируется в композитном материале, теплопроводность композитного материала, вероятно, будет значительно улучшена.
(4) Тепловые свойства:
Из -за их большой конкретной площади поверхности, энергии высокой поверхности и энергии связывания поверхности, нанотрубки углерода демонстрируют высокую химическую реакционную способность и превосходную электронную проводимость. Они обладают различными свойствами, такими как возможности адсорбции и десорбции для реагентов и продуктов, а также стереоскопическая селективность специальной полости. Углеродные нанотрубки могут адсорбировать любые молекулы подходящего размера для их внутренних диаметров. Используя активные участки на открытой вершине в качестве адсорбентов частиц, они могут адсорбировать некоторые высоко активные частицы и образовывать превосходные катализаторы молекулярного уровня. Кроме того, углеродные нанотрубки также могут быть использованы в качестве нано-образного приминга в химическом синтезе, ограничивая химические реакции на одномерное пространство, которое является наиболее эффективным средством для формирования наноразмерных комплексов, построения наноэлементов и приготовления одномерных нанопроводов.
(5) Биосовместимость:
Структура УНТ является стабильной и не легко разлагается, и имеет гидрофобную поверхность. При использовании в биомедицинских материалах их биосовместимость должна быть принята во внимание. Исследования показали, что путем модификации биологических молекул их биосовместимость может быть значительно улучшена. Кроме того, существует сильное π-π-взаимодействие между поверхностью УНТ и многими лекарственными молекулами. Следовательно, ожидается, что они будут использоваться в качестве носителей лекарств, биосенсоров и биологических катализаторов и будут играть важную роль в биомедицинском поле.
(6) Каталитическая производительность:
Углеродные материалы по своей природе являются превосходными каталитическими материалами и широко используются в химическом производстве. УНТ также обладают уникальной структурой полости и превосходной адсорбционной способностью, а также являются отличными носителями катализатора. Поэтому УНТ также показывают многообещающие перспективы применения в катализе.
Это подробное введение о свойствах углеродных нанотрубок. Мы надеемся, что приведенная выше информация может быть полезна для вас. На сайте нашей компании также есть много других продуктов. Вы можете посетить веб -сайт, чтобы получить более глубокое понимание.