Vzťah medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom

Vzťah medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom: „2D list“ a „1D trubica“ od tej istej matky

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" - pevnosť v ťahu grafénom{2}}interkalovaných uhlíkových nanorúrkových fólií dosahuje 6,67 GPa s tepelnou vodivosťou 753 W/m·K. Shandong Tanfeng New Material dodáva uhlíkové nanorúrky s jednoduchými-a viac{7}}stenovými uhlíkovými nanorúrkami s čistotou produktu rovnajúcou sa 95 % alebo viac nečistôt. 0,5 ppm a už bol dodávaný v dávkach popredným domácim podnikom.

1. "Krvný vzťah" medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom: rovnaká matka, rovnaký pôvod štruktúry

Záver:Uhlíkové nanorúrky a grafén sú v podstate dve formy rovnakého materiálu - grafén je „rozvinutý list“, zatiaľ čo uhlíkové nanorúrky je „zrolovaná- papierová trubica“.

Aby sme pochopili vzťah medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom, musíme sa najprv pozrieť na ich zhodu na atómovej úrovni.

Obidva sa skladajú z atómov uhlíka a atómy uhlíka sú usporiadané rovnakým spôsobom. V grafénových aj uhlíkových nanorúrkach je každý atóm uhlíka spojený s tromi susednými atómami uhlíka sp² hybridnými kovalentnými väzbami, ktoré tvoria šesť-člennú kruhovú voštinovú sieť. Ide o jednu z najstabilnejších známych chemických väzieb a spoločný zdroj vynikajúcich vlastností oboch.

Vynára sa otázka:Keďže štruktúry sú identické, prečo sa jedna nazýva „grafén“ a druhá „uhlíkové nanorúrky“?

Rozdiel spočíva v „zrolované“ verzus „nezrolované“.

Uhlíková nanorúrka je mikrotubula s priemerom len niekoľko nanometrov, ktorá vzniká zvinutím jednej grafitovej vrstvy. Inými slovami: uhlíkové nanorúrky sú blízkymi súrodencami grafénu -, zdieľajú rovnaké gény, ale jeden vyrástol do tvaru listu, zatiaľ čo druhý do tvaru trubice.

2. Porovnanie výkonu: 1D vs{2}}D, každý má svoje silné stránky

Záver:Sila uhlíkových nanorúrok spočíva v ich axiálnej sile a-jednorozmernej elektrickej vodivosti; sila grafénu spočíva v jeho-rovinnej tepelnej vodivosti a extrémne veľkom mernom povrchu.

Hoci materiály majú rovnaký pôvod, štrukturálny rozdiel medzi „1D trubicou“ a „2D plechom“ vedie k výrazne odlišným zameraniam výkonu.

2.1 Základné rozdiely v štruktúre a výkonnosti

Uhlíkové-uhlíkové väzby v graféne sa rozprestierajú v rovine, čo mu dáva extrémne vysokú pevnosť, elektrickú vodivosť a tepelnú vodivosť v-rovinnom smere. Vrstvy sú však spojené slabými van der Waalsovými silami, čo má za následok slabý výkon vo vertikálnom smere.

Keď uhlíková nanorúrka „zroluje“ grafénovú rovinu, vynikajúci výkon pôvodnej 2D roviny „konverguje“ k smeru osi trubice. To znamená, že axiálny smer je tam, kde je uhlíková nanorúrka najsilnejšia, najviac vodivá a najlepšie prenáša teplo.

2.2 Rôzne zamerania aplikácie

Doména uhlíkových nanorúrok:

Potreba jednorozmerných vodivých sietí (vodivé prísady do lítiových batérií)

Axiálne mechanické vystuženie (nepriestrelné vesty, letecké konštrukčné prvky)

Jednorozmerný prenos elektrónov (nanotranzistory)

Grafénová doména:

Veľkoplošné-priehľadné vodivé fólie (dotykové obrazovky)

Efektívne odvádzanie tepla-v rovine (tepelný manažment čipu)

Adsorpcia s extrémne veľkým špecifickým povrchom (superkondenzátory)

3. "1+1>2": Synergický efekt uhlíkových nanorúrok + grafénu

Záver:Keď sa uhlíkové nanorúrky a grafén používajú spolu, môžu vytvoriť synergickú štruktúru „vodivá sieť + vodivá platforma“, čím sa dosiahne výkon, ktorý nie je možné dosiahnuť ani jedným z materiálov samotných.

Je zaujímavé, že hoci uhlíkové nanorúrky a grafén majú svoje silné stránky, keď sú tieto dve kompozitné, môžu sa navzájom dopĺňať a kombinovať svoje výhody.

Uhlíkové nanorúrky možno vnímať ako jednorozmernú „vodivú sieť“ - dlhú a tenkú, ktorá je schopná sa prepletať ako pavučina a vytvárať cesty v trojrozmernom-priestore. Grafén možno vnímať ako dvojrozmernú „vodivú platformu“ - širokú a plochú, schopnú poskytovať veľkoplošné-vysokorýchlostné-elektrónové kanály ako štvorec.

Dve nedávne štúdie plne demonštrujú tento synergický efekt:

Prípad 1: Výskum tímu profesora Wang Jiannong na Východočínskej univerzite vedy a techniky

Štúdia zistila, že vložením grafénových listov do filmov uhlíkových nanorúrok dosiahli:

Jednotná interkalácia grafénu posilnila medzifázový prenos zaťaženia a elektrónové / fonónové vedenie, vďaka čomu sú kompozitné filmy lepšie ako predtým súvisiace materiály v mechanických a transportných vlastnostiach.

Prípad 2: Kompozitný materiál pripravený metódou miešania roztoku

Výskum zo Severnej univerzity v Číne ukázal, že pre kompozitný materiál grafén/uhlíkové nanorúrky pripravený metódou chemickej redukcie-v roztoku miešania pri optimálnom hmotnostnom pomere (1:1):

Analýza mechanizmu:Grafénová 2D vodivá platforma a transportný kanál z uhlíkových nanorúrok 1D sa navzájom dopĺňajú a dosahujú súčasné zlepšenie elektrických, tepelných a mechanických vlastností.

4. Uhlíkové nanorúrky: Matica produktov Tanfeng New Material

Záver:Spoločnosť Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. sa zameriava na výskum, vývoj a výrobu uhlíkových nanorúrok (CNT), pričom produkty pokrývajú celý rad jednostenných, viacstenných,{3}}stenových a funkcionalizovaných trubíc. Čistota a stabilita šarže spĺňajú požiadavky popredných výrobcov batérií.

V dlhom priemyselnom závode, kde uhlíkové nanorúrky „potichu rastú“, je Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. rastúcou silou, ktorú nemožno ignorovať.

4.1 Matica základných produktov

Produktový rad Tanfeng New Material pokrýva celý rad uhlíkových nanorúrok:

4.2 Kľúčové technické ukazovatele

Hlavné výrobné ukazovatele Tanfeng New Material:

Priemyselné správy naznačujú, že produkty spĺňajúce takéto vysoké štandardy majú silnú konkurencieschopnosť na trhu.

4.3 Aplikačné riešenia

Tanfeng New Material nielen dodáva prášok, ale poskytuje aj kompletné aplikačné riešenia:

Prípad 1: Vodivá prísada do batérie
Poskytovanie druhej{0}}generácie mnohostennej vodivej pasty z uhlíkových nanorúriek popredným domácim podnikom v oblasti energetických batérií, ktorá sa používa v kombinácii s vodivou sadzí. Pri dodatočnom množstve 0,8 %:

Odpor elektródového listu znížený o 30 %

Nárast teploty počas vybíjania 2C sa zníži o 5 stupňov

Dodávka hromadnej výroby prebieha už mnoho rokov

Prípad 2: Európske automobilové anti-statické palivové vedenia
Poskytovanie predzmesi z uhlíkových nanorúrok nosičov PA12 s viac{1}}zmesami európskym dodávateľom automobilových dielov, ktoré spĺňajú anti-statické požiadavky na palivové vedenia PA12.

4.4 Sedem strategických aplikačných pokynov

Tanfeng New Material zameriava svoju industrializáciu uhlíkových nanorúrok na sedem hlavných smerov:

Spoločnosť sa usiluje stať sa „poskytovateľom pokročilých materiálov a poskytovateľom technických služieb“.

5. Budúce trendy: Ktorá vyhrá, uhlíkové nanorúrky alebo grafén?

Záver:Títo dvaja nie sú v konkurenčnom vzťahu „na život{0}}alebo{1}}smrť, ale skôr na spôsob víťaza-výhry spočívajúci v tom, že „každý berie svoje silné stránky“ a „kooperatívna synergia“.

Ak sa vrátime k otázke vzťahu medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom, konečná odpoveď nemusí byť „čo je lepšie“, ale skôr „čo je na čo vhodnejšie“.

Na tejto ceste „koordinovaného vývoja uhlíkových nanorúriek a grafénu“ je voľba Tanfeng New Material jasná - zameranie sa na uhlíkové nanorúrky, spoliehajúc sa na svoje vyspelé industrializačné schopnosti, ktoré poskytujú vysokokvalitné-kvalitné produkty a riešenia z uhlíkových nanorúriek pre strategické odvetvia, ako je nová energetika a letectvo.

Zatiaľ čo akademická diskusia medzi uhlíkovými nanorúrkami a grafénom pokračuje, v nových čínskych továrňach na energetické vozidlá sa vodivá pasta z uhlíkových nanorúrok masívne „pridáva“ do poťahovacích strojov. Na európskych výrobných linkách automobilových dielov sa predzmesi uhlíkových nanorúrok vstrekujú do foriem. Čínski výrobcovia ako Tanfeng New Material sú presne hnacou silou tejto priemyselnej transformácie „mikroskopických materiálov, ktoré menia makroskopický svet“.