Les nanotubes de carbone sont de nouveaux nanomatériaux polymères avec d'excellentes performances, un grand potentiel d'application et des performances stables.
La caractéristique structurelle la plus importante de la pâte conductrice de nanotubes de carbone est qu'elle est composée d'une ou de plusieurs couches de feuilles de graphite enroulés autour du même centre. Les nanotubes de carbone, appelés CNT en anglais, appartiennent au système de carbone Fuller. Ils sont de taille micrométrique en longueur et de taille nanométrique en diamètre. Ce sont les nanomatériaux unidimensionnels les plus caractéristiques. A l'échelle macroscopique, les nanotubes de carbone sont des poudres noires. À l'échelle microscopique, les nanotubes de carbone sont des molécules de carbone composées de tubes de carbone coaxiaux. Chaque couche de tubes de carbone est constituée d'atomes de carbone densément posés dans un motif hexagonal, similaire à la structure en couches de graphène, et les couches sont maintenues à une distance fixe d'environ 0,34 nm. Bien que la structure des nanotubes de carbone soit similaire à celle des matériaux polymères, sa structure est beaucoup plus stable que celle des matériaux polymères. C'est le matériau dont le point de fusion est le plus élevé connu à ce jour.
La pâte conductrice de nanotubes de carbone est divisée en différentes catégories selon différentes caractéristiques. D'un point de vue commercial, il est généralement classé en fonction du nombre de couches et de la conductivité de la paroi du tube. Selon le nombre de couches de tubes de carbone, les nanotubes de carbone peuvent être divisés en nanotubes de carbone à paroi simple et nanotubes de carbone à parois multiples; en termes de conductivité, les nanotubes de carbone peuvent être métalliques ou semi-conducteurs, et même différentes parties sur le même nanotube de carbone peuvent montrer une conductivité différente. Par conséquent, selon la différence dans les propriétés conductrices, il peut être divisé en nanotubes de carbone métalliques et nanotubes de carbone semi-conducteurs.
La structure unique et les liaisons chimiques de la pâte conductrice de nanotubes de carbone lui confèrent des propriétés mécaniques, électriques, thermiques et chimiques uniques, ce qui la rend largement utilisée dans de nombreux domaines.
Propriétés mécaniques
1) Résistance spécifique la plus élevée: Les liaisons covalentes reliant les atomes de carbone dans les nanotubes de carbone sont les liaisons chimiques les plus stables dans la nature. Les nanotubes de carbone ont une résistance à la traction et un module élastique extrêmement élevés. Dans le même temps, la densité des nanotubes de carbone n'est que 1/6 de celle de l'acier, ce qui en fait le matériau avec la plus haute résistance spécifique qui peut être préparé à l'heure actuelle.
2) Forte flexibilité: les nanotubes de carbone sont solides mais pas cassants. Lors du pliage de nanotubes de carbone ou de leur application d'une pression axiale, même si la force externe dépasse la limite de résistance d'Euler ou la résistance à la flexion, les nanotubes de carbone ne se casseront pas, mais se pliera d'abord à un grand angle. Lorsque la force externe est relâchée, les nanotubes de carbone reprennent leur forme d'origine.
Propriétés électriques
3) Bonne conductivité: La structure des nanotubes de carbone est la même que la structure en feuille de graphite, et a une bonne conductivité. La résistance des nanotubes de carbone est indépendante de leur longueur et de leur diamètre. Lorsque les électrons traversent les nanotubes de carbone, ils ne génèrent pas de chaleur pour chauffer les nanotubes de carbone. La transmission d'électrons dans les nanotubes de carbone est comme la transmission de signaux lumineux dans les câbles à fibres optiques. La perte d'énergie est faible, et c'est un excellent conducteur de batterie.
4) Excellente conductivité thermique: Les nanotubes de carbone ont une conductivité thermique extrêmement élevée, qui est deux fois supérieure à celle du diamant à température ambiante. C'est le matériau thermoconducteur le plus connu. En outre, la performance d'échange thermique des nanotubes de carbone dans la direction axiale est très élevée, tandis que la performance d'échange thermique dans la direction radiale est relativement faible. Grâce à une orientation appropriée, les nanotubes de carbone peuvent être synthétisés en matériaux conducteurs thermiques hautement anisotropes.
5) Bonne performance de stockage d'hydrogène: les nanotubes de carbone ont une surface spécifique élevée et une excellente capacité de stockage d'hydrogène après traitement.
6) Excellentes propriétés d'insertion de lithium: La cavité du tube creux des nanotubes de carbone, les espaces entre les tubes, Les espaces entre les couches de la paroi du tube et divers défauts dans la structure du tube fournissent un espace de stockage et des canaux de transport abondants pour les ions lithium.
7) Stabilité chimique: Les nanotubes de carbone sont chimiquement stables et ont une résistance aux acides et aux alcalis. L'ajout de nanotubes de carbone aux composites polymères peut améliorer la résistance à l'acide et à l'oxydation du matériau lui-même.
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