En tant que matériau Dirac unidimensionnel, les nanotubes de carbone ont une masse effective nulle pour les électrons et les trous, ce qui rend leur mobilité des porteurs aussi élevée que 100,000 cm2/(V · s). Les transistors à effet de champ constitués de nanotubes de carbone présentent des caractéristiques de transport balistique idéales et se sont améliorés de plusieurs ordres de grandeur par rapport au métal-oxyde-semi-conducteur (MOS) à base de silicium transistors en termes de résister à la densité de courant, la vitesse de commutation, le rapport de commutation, la mobilité et d'autres indicateurs. C'est précisément à cause de ces excellentes propriétés électriques que les nanotubes de carbone sont devenus des matériaux candidats idéaux dans les domaines des semi-conducteurs haut de gamme tels que les circuits intégrés, les dispositifs optoélectroniques et le stockage intelligent. Outre les propriétés électriques, les indicateurs de performances thermiques et mécaniques des nanotubes de carbone ont également atteint les limites des matériaux existants. En raison du chemin libre moyen de phonon de niveau micron, la conductivité thermique des nanotubes de carbone peut atteindre 6600 W/(m · K), et ils ont également d'excellentes performances de transfert de chaleur d'interphase, ce qui peut fournir l'intensité suffisante de dissipation thermique pour les dispositifs électroniques de densité de puissance élevée. En termes de propriétés mécaniques, les nanotubes de carbone ont les caractéristiques de super résistance, super module et super ténacité: la résistance à la traction d'un nanotube de carbone unique peut atteindre 100 GPa, le module de Young atteint 1 TPa, et la déformation de fracture est aussi élevée que 17%. Les faisceaux faits de nanotubes de carbone avec la structure parfaite peuvent également maintenir les indicateurs mécaniques semblables.
Par conséquent, les nanotubes de carbone ont également de larges perspectives d'application dans les domaines des fibres super fortes, de l'aérospatiale et de la fabrication militaire. En tant que nanomatériau unidimensionnel avec un rapport d'aspect très élevé, les nanotubes de carbone n'ont besoin que d'une petite quantité d'addition pour atteindre le seuil de percolation dans les matériaux composites, améliorant ainsi considérablement la conductivité thermique et électrique du réseau composite, et présentant de grands avantages dans des applications telles que des films conducteurs transparents et des dispositifs de chauffage électrique.
Cependant, Pour l'application des nanotubes de carbone dans des domaines de pointe tels que les semi-conducteurs à base de carbone, les fibres super fortes et les films conducteurs transparents, le principal défi à l'heure actuelle est qu'il est encore impossible de réaliser un contrôle précis de la structure des nanotubes de carbone dans un sens complet, en particulier la préparation contrôlable de structures sans défauts de longueurs macroscopiques, La préparation hautement sélective de tubes de carbone de type semi-conducteur et la préparation en masse de nanotubes de carbone macroscopiques.
En tant que matériau cristallin spécial, la présence de défauts structurels dans les nanotubes de carbone entraînera une forte baisse de ses performances macroscopiques. Comparé à d'autres types de nanotubes de carbone, les réseaux horizontaux de nanotubes de carbone sont plus faciles à obtenir avec des structures relativement parfaites et des longueurs macroscopiques parce qu'ils suivent un modèle de croissance libre sur un substrat plat. En outre, les champs tels que des puces de semi-conducteur ont placé des conditions plus élevées sur la sélectivité structurelle des nanotubes de carbone. Par exemple, les nanotubes de carbone utilisés pour préparer des puces à semi-conducteurs nécessitent une sélectivité extrêmement élevée de nanotubes de carbone de type semi-conducteur, des diamètres de tubes très uniformes et une densité de réseau élevée. La préparation de fibres de nanotubes de carbone super-fortes nécessite que les monomères de tubes de carbone aient des longueurs macroscopiques et des structures presque parfaites.
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