納米管的神奇之處在哪里
納米管的神奇之處在哪里
納米管比人的頭發(fā)絲還要細(xì)1萬(wàn)倍，而它的硬度要比鋼材堅(jiān)硬100倍。那么，納米管的神奇之處在哪里?
碳納米管有著不可思議的強(qiáng)度與韌性，重量卻極輕，導(dǎo)電性極強(qiáng)，兼有金屬和半導(dǎo)體的性能 ;把納米管組合起來(lái)，比同體積的鋼強(qiáng)度高100倍，重量卻只有1/6。
一次，莫斯科大學(xué)的研究人員為了弄清納米管的受壓強(qiáng)度，將少量納米管置于29Kpa的水壓 下(相當(dāng)于水下18000千米深的壓力)做實(shí)驗(yàn)。不料，未加到預(yù)定壓力的1/3，納米管就被壓扁 了。他們馬上卸去壓力，它卻像彈簧一樣立即恢復(fù)了原來(lái)形狀。于是，科學(xué)家得到啟發(fā)，發(fā) 明了用碳納米管制成像低一樣薄的彈簧，用作汽車或火車的減震裝置，可大大減輕車輛的重 量。
更令人驚奇的是，最近美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)和巴西科學(xué)用精密的電子顯微鏡測(cè)量納米管在電流 中出現(xiàn)的擺動(dòng)頻率時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以測(cè)出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量?jī)|億 分之二百克的單個(gè)病毒的“納米秤”。這種世界上最小的秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn) 新病毒作出了貢獻(xiàn)。
在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高 的溫度而不會(huì)燒毀。在電子工業(yè)上、用碳納米管生產(chǎn)的晶體管，體積只有半導(dǎo)體的1/10，用 碳基分子電子裝置取代電腦芯片，將引發(fā)計(jì)算機(jī)的新的革命。
納米管
電學(xué)性質(zhì)
納米碳管的電學(xué)性能包括導(dǎo)電性能和超導(dǎo)特性兩個(gè)部分，其中前一部分研究得最多。理論與實(shí)驗(yàn)均證實(shí)納米碳管的導(dǎo)電性質(zhì)與其微結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系。早期的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一些納米碳管應(yīng)是金屬或窄能隙的半導(dǎo)體。1996年，Langer等人開始用兩電極法研究單根多壁納米碳管的輸運(yùn)特性，而Ebbesen等人為了避免樣品的不良電接觸，改用四電極法測(cè)量了單根多壁納米碳管的電學(xué)特性。從單根多壁納米碳管的電阻R來(lái)看，它們的差別確實(shí)很大，有些納米碳管屬于金屬，而另一些屬于半導(dǎo)體。一些研究組的實(shí)驗(yàn)顯示，納米碳管的電學(xué)性能與螺旋度有密切關(guān)聯(lián)。
納米管熱學(xué)性質(zhì)
納米碳管最令人矚目的熱學(xué)性能是導(dǎo)熱系數(shù)。理論預(yù)測(cè)納米碳管的導(dǎo)熱系數(shù)很可能大于金剛石而成為世界上導(dǎo)熱率高的材料。不過(guò)，測(cè)量單根納米碳管的導(dǎo)熱系數(shù)是一件很困難的事情，2014年還沒有獲得突破。將電弧法制備的單壁納米碳管軋成相對(duì)密度為70%，尺寸為5mm×2mm×2mm的方塊，Hone測(cè)得了室溫下未經(jīng)處理的納米碳管塊材的導(dǎo)熱率為35W/(M·K)，該值遠(yuǎn)小于理論預(yù)測(cè)值。顯然，納米碳管塊材中的空隙和納米碳管之間的接觸都將極大地減小納米碳管塊材的導(dǎo)熱率。而且，與石墨相類似，納米碳管沿軸方向與垂直于軸向方向的導(dǎo)熱能力應(yīng)有很大的不同。因此，該結(jié)果不能代表納米碳管的實(shí)際熱率。正如單根納米碳管的電導(dǎo)率是納米碳管體材料的電導(dǎo)率的50—150倍一樣，如果單根納米碳管的電導(dǎo)率也是如此，那么納米碳管的導(dǎo)熱率應(yīng)為1750—5800W/(M·K)。通過(guò)測(cè)量納米碳管塊材的導(dǎo)熱率與溫度的關(guān)系曲線可以推斷，納米碳管的導(dǎo)熱是由聲子決定的，并就此估計(jì)出納米碳管中聲子的平均自由程約為0.5—1.5μm。
利用X射線衍射和透射電子顯微鏡研究納米碳管在5.5Gpa下的熱穩(wěn)定性也取得了重要進(jìn)展。根據(jù)以往的研究，在常壓真空條件下納米碳管的熱穩(wěn)定性非常好，其結(jié)構(gòu)在2800℃以下可能并不發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在5.5Gpa壓力下，雖然納米碳管的微結(jié)構(gòu)在低溫時(shí)沒有發(fā)生明顯的改變，但在950℃即開始發(fā)生變化，轉(zhuǎn)變成類巴基蔥和類條帶結(jié)構(gòu)，而在1150℃時(shí)轉(zhuǎn)變成石墨結(jié)構(gòu)，高壓是這種轉(zhuǎn)變的主要原因，高壓可以促使納米碳管結(jié)構(gòu)的破裂，從而降低它的熱穩(wěn)定性。