碳纳米管制备技术研究进展(2)

2019-03-15 18:22

2.2.2 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。碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用的主要原因有两点:

一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,这就大大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱,从而起到隐身的作用。

另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3~4个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多,这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低,因此很难发现被探测目标,达到隐形效果。

2.2.3 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。根据实验结果推测,室温常压下,约2/3的氢能从这些可被多次利用的碳纳米管中释放。储存和凝聚大量的氢气可做成燃料电池驱动汽车。

2.2.4 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。

2.2.5 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(当存储信号的斑点为10nm时,其存储密度为1012bits/cm2,

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称其为超高密度,比目前市场上的商品高4个数量级),该技术将会给信息存储技术带来革命性变革。

2.2.6 催化剂载体

碳纳米管材料比表面积大,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,负载催化剂后可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。碳纳米管一旦在催化上获得应用,可望极大提高反应的活性和选择性,产生巨大的经济效益。

2.2.7 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。它与锂离子电池及镍氢动力电池相比有巨大的优越性。可以用碳纳米管储氢材料储氢后供应氢,也可通过分解气油和其他碳氢化合物或直接从空气中获取氢给燃料电池提供氢源。

2.2.8 碳纳米管作为阻燃剂用于聚合物的阻燃

在2002年的13届BBC阻燃会议上,Bayer首次提出将多壁碳纳米管(MWCNT)作为聚合物-无机物纳米复合材料的阻燃剂,它具有下述一系列特点: A)大的长径比

B)与高聚物良好的相容性

C)不影响聚合物-无机物纳米复合材料的引燃时间 D)高的阻燃效率

E)与其他阻燃剂具协同效应

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3 结语

目前虽有一些方法能合成高纯度的碳纳米管,但低成本、大规模的生产还十分困难,而化学气相沉积法最有望解决这一难题。相信随着单壁碳纳米管的合成技术和提纯技术的日益成熟,大批量的合成会成为可能。

目前碳纳米管/聚合物纳米复合材料也尚有许多理论和实际问题有待发展和完善,如碳纳米管和聚合物两相之间相容性的研究,两相界面作用的表征和研究及碳纳米管在聚合物中的分散和取向问题等。相信随着科学家不断努力的探索和研究,碳纳米管/聚合物复合材料会在纳米材料、航天、生物医药等领域方面实现突破性进展。

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