超高純碳納米管作為具代表性的一維納米材料，具有許多優(yōu)異的物理化學(xué)性能。隨著對(duì)超高純碳納米管基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的不斷深入，其在很多領(lǐng)域都展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景，包括納米電子器件、復(fù)合材料增強(qiáng)劑、能源儲(chǔ)能介質(zhì)、催化劑和催化劑載體、傳感器、場(chǎng)發(fā)射器、導(dǎo)電薄膜和生物納米材料等等，其中一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)應(yīng)用。
1.力學(xué)性能
超高純碳納米管的碳原子間以作用極強(qiáng)的C-C共價(jià)鍵結(jié)合，從結(jié)構(gòu)上推測(cè)其具有很高的軸向強(qiáng)度、韌性和彈性模量。研究人員通過(guò)測(cè)量碳納米管自由端的振動(dòng)頻率得出碳納米管的楊氏模量可達(dá)1Tpa，幾乎等同于金剛石的楊氏模量，約為鋼的5倍；超高純碳納米管具有極高的軸向強(qiáng)度，約為鋼的100倍；超高純碳納米管的彈性應(yīng)變?yōu)?%，高可達(dá)12%，約為鋼的60倍，具有極好的韌性和可彎曲性。
2.電學(xué)性能
超高純碳納米管的螺旋管狀結(jié)構(gòu)決定了其獨(dú)特且優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)。理論研究表明，由于電子在碳納米管的運(yùn)輸方式呈彈道運(yùn)輸，超高純碳納米管的載流能力高達(dá)109A/cm2，比導(dǎo)電良好的銅高出1000倍。超高純碳納米管的直徑在1nm左右，電子在其中的運(yùn)動(dòng)具有量子行為，受量子物理影響，隨著超高純碳納米管的管徑和螺旋方式變化，價(jià)帶和導(dǎo)帶的能隙可從近乎零變化到1eV，其導(dǎo)電性可呈金屬性和半導(dǎo)體性，因而碳納米管的導(dǎo)電性可通過(guò)改變手性角和直徑來(lái)調(diào)控，至今為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他任何物質(zhì)能像超高純碳納米管一樣通過(guò)簡(jiǎn)單地改變?cè)优挪挤绞秸{(diào)節(jié)其能隙大小。
3.熱學(xué)性能
超高純碳納米管的優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)熱方向特性，被許多人認(rèn)為是制造下一代散熱器接觸面的優(yōu)良材料，可使其成為今后計(jì)算機(jī)CPU芯片散熱器的導(dǎo)熱劑。OCZ公司生產(chǎn)的碳納米管CPU散熱器，其與CPU的接觸面完全由碳納米管制成，導(dǎo)熱效率為目前普遍使用的銅制材料的5倍。同時(shí)，超高純碳納米管在高導(dǎo)熱復(fù)合材料等方面具有良好的應(yīng)用前景可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等各種高溫部件。
4.光學(xué)性能
超高純碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)造就了其獨(dú)特的光學(xué)性能，拉曼光譜、熒光光譜以及紫外可見(jiàn)近紅外光譜已廣泛應(yīng)用于其光學(xué)性能的研究。拉曼光譜是超高純碳納米管常用的檢測(cè)工具，在200nm左右處會(huì)出現(xiàn)超高純碳納米管的特征振動(dòng)模式-環(huán)呼吸振動(dòng)模式(RBM)，RBM可用于確定碳納米管的微觀結(jié)構(gòu)以及判斷樣品中是否含有超高純碳納米管。
5.磁性能
碳納米管具有獨(dú)特的磁性能，表現(xiàn)為各向異性和抗磁磁性，可用作為軟鐵磁性材料。一些特定結(jié)構(gòu)的超高純碳納米管還具有超導(dǎo)性，可作為超導(dǎo)導(dǎo)線。
6.儲(chǔ)氣性能
超高純碳納米管的一維管狀結(jié)構(gòu)和大長(zhǎng)徑比使其中空管腔具有極強(qiáng)的毛細(xì)作用，從而使其具備了獨(dú)特的吸附、儲(chǔ)氣和浸潤(rùn)特性。根據(jù)現(xiàn)有研究報(bào)道，超高純碳納米管是貯氫容量的吸附材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他傳統(tǒng)的貯氫材料，將有助推動(dòng)氫燃料電池的發(fā)展。
7.催化活性
超高純碳納米管優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力、高的化學(xué)穩(wěn)定性以及大的比表面積，可用作為催化劑或催化劑載體，具有更高的催化活性，無(wú)論是在傳統(tǒng)的多相催化，還是在電催化和光催化，超高純碳納米管都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
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