Związek między nanorurkami węglowymi a grafenem

Związek między nanorurkami węglowymi a grafenem: „arkusz 2D” i „rura 1D” od tej samej matki

Carbon nanotubes (CNTs) and graphene are essentially the same type of material - both are composed of carbon atoms bonded together by sp² hybridization to form a six-membered ring honeycomb structure. The core relationship between the two is: a carbon nanotube = a seamless cylinder formed by rolling up a graphene sheet. Graphene is an "unrolled sheet" (two-dimensional), while a carbon nanotube is a "rolled-up paper tube" (one-dimensional). In terms of performance, carbon nanotubes have higher axial strength (tensile strength can reach 80 GPa), while graphene has superior in-plane thermal conductivity (approximately 5000 W/m·K). The two can be composite to form a synergistic effect of "1+1>2" - wytrzymałość na rozciąganie warstw-interkalowanych nanorurek węglowych z grafenu osiąga 6,67 GPa, a przewodność cieplna 753 W/m·K. Firma Shandong Tanfeng New Material dostarcza zarówno jedno-ścienne, jak i wielo-ścienne nanorurki węglowe o czystości produktu większej lub równej 97,5%, zanieczyszczeń metalicznych mniejszych lub równych 0,5 ppm i dostarczał już partiami do wiodących przedsiębiorstw krajowych.

1. „Powiązanie krwi” między nanorurkami węglowymi a grafenem: ta sama matka, to samo pochodzenie struktury

Wniosek:Nanorurki węglowe i grafen to zasadniczo dwie formy tego samego materiału - grafen to „rozwinięty arkusz”, podczas gdy nanorurka węglowa to „zwinięta-rurka papierowa”.

Aby zrozumieć związek między nanorurkami węglowymi i grafenem, musimy najpierw przyjrzeć się ich podobieństwu na poziomie atomowym.

Obydwa składają się z atomów węgla, a atomy węgla są ułożone w ten sam sposób. Zarówno w grafenie, jak i nanorurkach węglowych każdy atom węgla jest połączony z trzema sąsiednimi atomami węgla hybrydowymi wiązaniami kowalencyjnymi sp², tworząc sześcio-członową sieć o strukturze plastra miodu. Jest to jedno z najbardziej stabilnych znanych wiązań chemicznych i wspólne źródło doskonałych właściwości obu.

Powstaje pytanie:Skoro struktury są identyczne, dlaczego jedną nazywa się „grafenem”, a drugą „nanorurkami węglowymi”?

Różnica polega na „zwiniętym” i „niezwiniętym”.

Nanorurka węglowa to mikrotubula o średnicy zaledwie kilku nanometrów, utworzona przez zwinięcie pojedynczej warstwy grafitu. Innymi słowy: nanorurki węglowe są bliskimi braćmi grafenu - mają te same geny, ale jeden urósł do kształtu arkusza, a drugi do kształtu rurki.

2. Porównanie wydajności: 1D vs. 2D, każdy ma swoje mocne strony

Wniosek:Siła nanorurek węglowych polega na ich wytrzymałości osiowej i-jednowymiarowym przewodnictwie elektrycznym; siła grafenu leży w-płaskim przewodnictwie cieplnym i niezwykle dużej powierzchni właściwej.

Chociaż materiały mają to samo pochodzenie, różnica strukturalna pomiędzy „rurą 1D” a „arkuszem 2D” prowadzi do znacząco różnych celów w zakresie wydajności.

2.1 Podstawowe różnice w strukturze i wydajności

Wiązania węgiel-węgiel w grafenie rozciągają się w płaszczyźnie, co zapewnia mu niezwykle wysoką wytrzymałość, przewodność elektryczną i przewodność cieplną w-kierunku płaszczyznowym. Jednakże warstwy są połączone słabymi siłami van der Waalsa, co skutkuje słabą wydajnością w kierunku pionowym.

Kiedy nanorurka węglowa „zwija” płaszczyznę grafenu, doskonałe działanie oryginalnej płaszczyzny 2D „zbiega się” z kierunkiem osi rurki. Oznacza to, że kierunek osiowy to miejsce, w którym nanorurka węglowa jest najsilniejsza, najbardziej przewodząca i najlepiej przewodzi ciepło.

2.2 Różne obszary zastosowań

Dziedzina nanorurek węglowych:

Potrzeba jednowymiarowych-sieci przewodzących (dodatki przewodzące do baterii litowych)

Osiowe wzmocnienie mechaniczne (kamizelki kuloodporne, elementy konstrukcji lotniczych)

Jedno-jednowymiarowy transport elektronów (nanotranzystory)

Dziedzina grafenu:

Przezroczyste folie przewodzące o dużej-powierzchni (ekrany dotykowe)

Efektywne rozpraszanie ciepła w-płaskiej płaszczyźnie (zarządzanie temperaturą chipa)

Ekstremalnie duża adsorpcja powierzchni właściwej (superkondensatory)

3. "1+1>2": Synergistyczne działanie nanorurek węglowych + grafenu

Wniosek:Gdy nanorurki węglowe i grafen zostaną użyte razem, mogą utworzyć synergiczną strukturę „sieci przewodzącej + platformy przewodzącej”, osiągając wydajność, której nie da się osiągnąć żadnym materiałem osobno.

Co ciekawe, chociaż nanorurki węglowe i grafen mają swoje mocne strony, gdy są kompozytowe, mogą uzupełniać się nawzajem i łączyć swoje zalety.

Nanorurki węglowe można postrzegać jako jedno-wymiarową „sieć przewodzącą” - długą i cienką, zdolną do splatania się jak pajęczyna, tworząc ścieżki w-3-wymiarowej przestrzeni. Grafen można postrzegać jako dwu-wymiarową „platformę przewodzącą” - szeroką i płaską, zdolną do zapewniania kanałów elektronowych o dużej-powierzchni-o dużej prędkości, jak kwadrat.

Dwa ostatnie badania w pełni demonstrują ten efekt synergiczny:

Przypadek 1: Badania przeprowadzone przez zespół profesora Wang Jiannonga na Uniwersytecie Nauki i Technologii Chin Wschodnich

Badanie wykazało, że interkalując arkusze grafenu w warstwy nanorurek węglowych, uzyskano:

Jednolita interkalacja grafenu wzmocniła przenoszenie obciążenia międzyfazowego i przewodzenie elektronów/fononów, dzięki czemu folie kompozytowe przewyższają wcześniej powiązane materiały pod względem właściwości mechanicznych i transportowych.

Przypadek 2: Materiał kompozytowy przygotowany metodą mieszania roztworów

Badania przeprowadzone na North University of China wykazały, że w przypadku materiału kompozytowego grafen/nanorurka węglowa przygotowanego metodą-redukcji chemicznej metodą mieszania roztworów, przy optymalnym stosunku mas (1:1):

Analiza mechanizmu:Platforma przewodząca grafen 2D i kanał transportowy 1D z nanorurki węglowej uzupełniają się, osiągając jednoczesną poprawę właściwości elektrycznych, termicznych i mechanicznych.

4. Nanorurki węglowe: matryca produktu nowego materiału Tanfeng

Wniosek:Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. koncentruje się na badaniach i rozwoju oraz produkcji nanorurek węglowych (CNT), oferując produkty obejmujące pełną gamę rur jedno-wielościennych- i funkcjonalizowanych. Czystość i stabilność partii spełniają wymagania wiodących producentów akumulatorów.

W długim wyścigu przemysłowym, w którym nanorurki węglowe „rosną po cichu”, firma Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. stanowi rosnącą siłę, której nie można zignorować.

4.1 Matryca Produktów Podstawowych

Linia produktów Tanfeng New Material obejmuje pełną gamę nanorurek węglowych:

4.2 Kluczowe wskaźniki techniczne

Podstawowe wskaźniki produkcyjne Tanfeng New Material:

Z raportów branżowych wynika, że ​​produkty spełniające tak wysokie standardy charakteryzują się dużą konkurencyjnością na rynku.

4.3 Rozwiązania aplikacyjne

Tanfeng New Material nie tylko dostarcza proszek, ale także zapewnia kompletne rozwiązania aplikacyjne:

Przypadek 1: Dodatek przewodzący do akumulatora zasilającego
Dostarczanie pasty przewodzącej z wielościennych nanorurek węglowych drugiej-generacji- wiodącym krajowym producentom akumulatorów, stosowanej w połączeniu z przewodzącą sadzą. Przy dodatku w ilości 0,8%:

Rezystywność arkusza elektrody zmniejszona o 30%

Wzrost temperatury podczas wyładowania o szybkości 2°C zmniejszony o 5 stopni

Dostawy do produkcji masowej trwają już od wielu lat

Przypadek 2: Europejskie samochodowe antystatyczne-przewody paliwowe
Dostarczanie wielościennej przedmieszki z nanorurek węglowych PA12 do europejskich dostawców części samochodowych, spełniającej-wymagania antystatyczne dla przewodów paliwowych PA12.

4.4 Siedem strategicznych kierunków zastosowań

Tanfeng New Material koncentruje swoją industrializację nanorurek węglowych na siedmiu głównych kierunkach:

Firma aspiruje do miana „dostawcy zaawansowanych materiałów i usług technicznych”.

5. Przyszłe trendy: co zwycięży: nanorurki węglowe czy grafen?

Wniosek:Nie są oni w konkurencyjnej relacji „na życie-lub-śmierć”, ale raczej na wzór-wygranych, w którym „każdy wykorzystuje swoje mocne strony” i „synergia współpracy”.

Wracając do pytania o związek pomiędzy nanorurkami węglowymi a grafenem, ostateczna odpowiedź może nie brzmieć „co jest lepsze”, ale raczej „co jest bardziej odpowiednie do czego”.

Na ścieżce „skoordynowanego rozwoju nanorurek węglowych i grafenu” firma Tanfeng New Material wyraźnie koncentruje się na - nanorurkach węglowych, opierając się na swoich dojrzałych możliwościach industrializacji w celu dostarczania wysokiej-jakości produktów i rozwiązań z nanorurek węglowych dla strategicznych branż, takich jak nowa energia i przemysł lotniczy.

Podczas gdy akademicka dyskusja na temat nanorurek węglowych i grafenu trwa, w nowych chińskich fabrykach pojazdów energetycznych pasta przewodząca nanorurki węglowe jest masowo „wprowadzana” do maszyn do powlekania. Na europejskich liniach produkcyjnych części samochodowych do form wtryskiwane są przedmieszki nanorurek węglowych. Chińscy producenci, tacy jak Tanfeng New Material, są właśnie siłą napędową tej przemysłowej transformacji „mikroskopijnych materiałów zmieniających makroskopowy świat”.