Produktdetails
Teilanwendung
Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren, hergestellt durch modifizierte katalytische chemische Gasphasenabscheidung (CCVD), zeichnen sich durch hohe Leitfähigkeit, große spezifische Oberfläche, hohe Reinheit der Kohlenstoffphase, enge Außendurchmesserverteilung, extrem hohes Seitenverhältnis usw. aus, und die Produktqualität ist stabil.
Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren werden hauptsächlich in der Gummi-, Kunststoff-, Lithiumbatterie-, Beschichtungs- und anderen verwandten Industrien eingesetzt. Im Bereich Gummi werden sie hauptsächlich in Gummiprodukten wie Reifen und Dichtungsringen verwendet, mit Vorteilen wie hoher Leitfähigkeit, hoher Wärmeleitfähigkeit, hoher Verschleißfestigkeit, hoher Reißfestigkeit usw. Im Bereich Kunststoffe kann das Hinzufügen einer kleinen Menge die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit und die mechanischen Eigenschaften erheblich verbessern, und sie werden hauptsächlich in Kunststoffprodukten wie PP, PA, PC, PE, PS, ABS, ungesättigten Harzen und Epoxidharzen verwendet.
Leitfähigkeit: 80-100 mΩ·cm (Vier-Punkt-Methode)
Die folgende Abbildung ist ein Transmissionselektronenmikroskopbild von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren.
Kohlenstoffnanoröhren sind eine weitere Allotropform von Kohlenstoff, die nach C60 entdeckt wurde. Ihre radiale Größe ist klein; der Außendurchmesser der Röhre beträgt im Allgemeinen einige Nanometer bis zu zehn Nanometern, und der Innendurchmesser der Röhre ist noch kleiner, wobei einige nur etwa 1 nm betragen. Ihre Länge liegt im Allgemeinen im Mikrometerbereich, und das Verhältnis von Länge zu Durchmesser ist sehr groß und erreicht 10³ bis 10⁶. Daher werden Kohlenstoffnanoröhren als typisches eindimensionales Nanomaterial betrachtet. Seit ihrer Entdeckung durch den Menschen werden Kohlenstoffnanoröhren als das Material der Zukunft gefeiert und sind in den letzten Jahren einer der Grenzbereiche der internationalen Wissenschaft. Professor Alex Zettl von der University of California, Berkeley, ist der Ansicht, dass beim umfassenden Vergleich von C60 und Kohlenstoffnanoröhren in Bezug auf die Anwendungsaussichten C60 auf einer Seite zusammengefasst werden kann, während Kohlenstoffnanoröhren ein ganzes Buch erfordern würden, um
Einführung
Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren und einwandige Kohlenstoffnanoröhren
1985 entdeckten Professor Kroto, ein Spektroskopiker von der University of Sussex in Großbritannien, und die Professoren Smalley und Curl von der Rice University in den USA während ihrer gemeinsamen Forschung, dass Kohlenstoff hochsymmetrische käfigartige Moleküle bilden kann, C60 und C70, die aus 60 oder 70 Kohlenstoffatomen bestehen und als Buckyballs bezeichnet werden. 1991 entdeckte Iijima, ein Wissenschaftler von NEC in Japan, erstmals mit einem hochauflösenden Tunnel-Elektronenmikroskop eine Art von Kohlenstoffnanoröhre in der Kathodenverletzung, die während der Herstellung von C60 gebildet wurde. Diese Kohlenstoffnanoröhre hat einen Außendurchmesser von 5-15 nm und einen Innendurchmesser von 2-3 nm und besteht nur aus zwei koaxialen graphitähnlichen zylindrischen Oberflächen, die übereinander gestapelt sind. Anschließend berichteten Iijima und die Bethune-Forschungsgruppe 1993 gleichzeitig über die Synthese von einwandigen Kohlenstoffnanoröhren mit einer sehr einfachen Struktur. Dies bot experimentelle Möglichkeiten für die theoretische Vorhersage der Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren, erweiterte den Bereich der Kohlenstoffcluster-Materialien weiter und förderte auch die theoretische und experimentelle Forschung an Kohlenstoffnanoröhren erheblich, wodurch dieses Gebiet heute zu einem globalen Forschungsschwerpunkt wurde [1].
Eigenschaften
Die einzigartige Struktur von Kohlenstoffnanoröhren bestimmt, dass sie viele spezielle physikalische und chemische Eigenschaften besitzen. Die C=C-kovalenten Bindungen, aus denen Kohlenstoffnanoröhren bestehen, sind die stabilsten chemischen Bindungen in der Natur, wodurch Kohlenstoffnanoröhren extrem hervorragende mechanische Eigenschaften erhalten. Theoretische Berechnungen zeigen, dass Kohlenstoffnanoröhren eine extrem hohe Festigkeit und große Zähigkeit aufweisen. Sein theoretischer Wert wird auf einen Young-Modul von bis zu 5 TPa geschätzt, eine Festigkeit, die etwa 100-mal höher ist als die von Stahl, während seine Gewichts-Dichte nur 1/6 der von Stahl beträgt. Treacy et al. waren die Ersten, die TEM verwendeten, um die mittlere quadratische Amplitude von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 800 Grad zu messen und daraus abzuleiten, dass der durchschnittliche Young-Modul von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren etwa 1,8 TPa beträgt. Salvetat et al. maßen den Young-Modul von klein-durchmessrigen einwandigen Kohlenstoffnanoröhren und leiteten ab, dass ihr Schubmodul 1 TPa beträgt. Wong et al. verwendeten die Rasterkraftmikroskopie, um die durchschnittliche Biegefestigkeit von mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren mit 14,2 ± 10,8 GPa zu messen, während die Biegefestigkeit von Kohlenstofffasern nur 1 GPa beträgt. Sowohl in Bezug auf Festigkeit als auch Zähigkeit sind Kohlenstoffnanoröhren allen anderen Fasern weit überlegen und gelten als die „Superfasern“ der Zukunft.
Entwicklungsperspektiven
Es wird vorhergesagt, dass Kohlenstoffnanoröhren eine neue Art von hochfestem Kohlenstofffasermaterial werden könnten, das nicht nur die inhärenten Eigenschaften von Kohlenstoffmaterialien, sondern auch die elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallmaterialien, die Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit von Keramikmaterialien, die Webbarkeit von Textilfasern sowie das geringe Gewicht und die einfache Verarbeitbarkeit von Polymermaterialien aufweist. Die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren als Verstärkung für Verbundwerkstoffe wird voraussichtlich eine ausgezeichnete Festigkeit, Elastizität, Ermüdungsbeständigkeit und Isotropie aufweisen, und es wird erwartet, dass mit Kohlenstoffnanoröhren verstärkte Verbundwerkstoffe einen Sprung in der Leistung von Verbundwerkstoffen bewirken könnten. Die Forschung zur Herstellung von Verbundwerkstoffen mit Nanoröhren begann zuerst auf Metallmatrizen, wie z. B. Fe/Kohlenstoffnanoröhren, Al/Kohlenstoffnanoröhren, Ni/Kohlenstoffnanoröhren, Cu/Kohlenstoffnanoröhren usw. Der Schwerpunkt der Forschung an Kohlenstoffnanoröhren-Verbundwerkstoffen hat sich nun auf Polymer/Kohlenstoffnanoröhren-Verbundwerkstoffe verlagert. Zum Beispiel werden in leichten und hochfesten Materialien, bei denen Kohlenstofffasern als Verstärkungsmaterialien verwendet werden, die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffnanoröhren zusammen mit ihrem kleinen Durchmesser und ihrem großen Seitenverhältnis bessere Verstärkungseffekte bringen.
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