Yksiseinäisten hiilinanoputkien esittely ja käyttötausta
Yksiseinäiset hiilinanoputket (SWCNT) ovat putkimaisia rakenteita, jotka on muodostettu tiukasti kelatulla yksikerroksisella grafeenilla, ja niiden halkaisijat vaihtelevat tyypillisesti 0. 4-2 nanometriä. Yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on erittäin korkea kantajan liikkuvuus. Erittäin korkealla kantajan liikkuvuudella 5 cm²/v · s, hämmästyttävä joustava moduuli, joka on noin 1TPA, ja erinomainen lämmönjohtavuus 3500 W/m · K, tällä materiaalilla on merkittävä potentiaali teollisuudenaloilla, kuten uusilla energiaajoneuvoilla ja joustavalla elektroniikalla. Sen jälkeen kun tutkijat syntetisoivat ensin tämän materiaalin vuonna 1993, SWCNT: t ovat herättäneet laajaa huomiota tiedeyhteisössä erinomaisen sähkönjohtavuuden vuoksi ja edistäneet tutkimuksen etenemistä erilaisilla edistyneillä sovellusaloilla.
Yksiseinäisten hiilinanoputkien ainutlaatuiset ominaisuudet
► Mekaaniset ominaisuudet
Yksiseinäisten hiilinanoputkien sisällä olevat hiiliatomit on kytketty läheisesti CC-kovalenttisilla sidoksilla, rakenteella, joka antaa heille erinomaisen aksiaalivoiman, sitkeyden ja elastisen moduulin. Kokeelliset tulokset osoittavat, että sen nuoren moduuli on yhtä korkea kuin 1TPA, joka on verrattavissa timantin ja yli viisinkertaisen teräksen ylittämiseen. Samaan aikaan yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on hämmästyttävä aksiaalivoimakkuus, joka on yli sata kertaa teräs. Lisäksi sen joustavuus voi saavuttaa 5–12%, mikä on 60 -kertainen teräs, mikä osoittaa sen erinomaisen sitkeyden ja joustavuuden.
► SEKTILINEN OMINAISUUDET
Yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on erinomaiset sähköominaisuudet niiden ainutlaatuisen kierteisen putkirakenteen vuoksi. Teoreettinen analyysi osoittaa, että sen sisällä oleva elektronien kuljetusmuoto on samanlainen kuin ballistinen kuljetus, joka antaa yksiseinäisiä hiilinanoputkia, joilla on poikkeuksellinen virran kantokyky. Toisin kuin muut aineet, yksiseinäiset hiilinanoputket voivat joustavasti säätää niiden johtavuutta muuttamalla kiraalista kulmaa ja halkaisijaa saavuttaen tarkan hallinnan energiakuilun koon suhteen. Niillä on erittäin korkea virrankantava kapasiteetti ja ne osoittavat vertaansa vailla olevan paremmuuden.
►thermaaliset ominaisuudet
Hiilinanoputket eivät vain toimi hyvin sähkönjohtavuuden kentällä, vaan niillä on myös erinomaiset lämpöominaisuudet. Samoin kuin erinomaiset lämpöjohtimet, kuten grafiitti ja timantti, hiilinanoputkilla on myös erinomaiset aksiaalisen lämmönjohtavuusominaisuudet, mikä tekee niistä ihanteellisia lämmönjohtavia materiaaleja. Sen aksiaalinen lämmönjohtavuus on jopa 6600 W/m · K, jopa verrattavissa yksikerroksiseen grafeeniin. Huoneen lämpötilassa yhden yksiseinäisen hiilinanoputken lämmönjohtavuus on lähellä 3500 paino/m · K, arvo, joka ylittää timantin ja grafiitin, mutta sen lämmönvaihto suorituskyky pystysuunnassa on suhteellisen alhainen.
►"Optinen suorituskyky"
Yksiseinäisillä hiilinanoputkilla on ainutlaatuiset optiset ominaisuudet niiden erottuvan rakenteen vuoksi. Tutkijat tutkivat optisia ominaisuuksiaan erilaisten tekniikoiden, kuten Raman-spektroskopian, fluoresenssispektroskopian ja ultravioletti-näkyvien-verkko-infrapunaspektroskopian avulla. Niiden joukossa pyöreä hengitys tärinätila (RBM) ilmenee noin 200 nm: llä, mikä tarjoaa tehokkaan lähestymistavan hiilinanoputkien mikrorakenteen analyysiin ja yksiseinäisten hiilinanoputkien tunnistamiseen. Lisäksi asianmukaisen modifioinnin jälkeen se näyttää potentiaalin fotoakustisessa kuvantamisessa ja lähellä infrapuna-hypertermiaa, tuoden uuden sovellusarvon biolääketieteelliseen kenttään.