Prečo sa uhlíkové nanorúrky nazývajú kráľom nových materiálov?

1. Pevnosť je 100-krát väčšia ako oceľ, hustota iba 1/6 - mechanický kráľ

Uhlíkové nanorúrky sú jedným z najlepšie mechanicky výkonných materiálov, aké kedy ľudstvo objavilo. Pevnosť v ťahu je 100-krát väčšia ako oceľ, zatiaľ čo hmotnosť je iba 1/6 hmotnosti ocele - skutočne „ľahkej, ale pevnej“.

Uhlíkové nanorúrky sa nazývajú „kráľom nových materiálov“ a ich mechanické vlastnosti sú tým najpôsobivejším „tromfom“.

Podľa teoretických výpočtov je pevnosť uhlíkových nanorúrok 100-krát väčšia ako pevnosť ocele, Youngov modul je takmer 6-krát väčší ako pevnosť ocele a hustota je iba 1/6 pevnosti ocele. Porovnanie uvedené v kompilovaných materiáloch Čínskej akadémie vied je ešte intuitívnejšie: v porovnaní s vysokopevnostnou oceľou ASTM A228- je pevnosť uhlíkových nanorúrok 270-krát väčšia a elasticita asi 5-krát väčšia.

Ešte pozoruhodnejšie je, že uhlíkové nanorúrky sú „tvrdé, ale nie krehké“. Keď sú uhlíkové nanorúrky vystavené enormnému vonkajšiemu tlaku, môžu sa ohýbať, krútiť alebo dokonca krútiť, ale nelámu sa. Po uvoľnení vonkajšej sily sa vrátia do pôvodného tvaru. Táto kombinácia „silný + húževnatý“ je v strojárskych materiáloch extrémne zriedkavá.

To je tiež dôvod, prečo vedci predpokladajú použitie uhlíkových nanorúrok na stavbu „vesmírneho výťahu“ -. Ide o jediný v súčasnosti známy materiál, ktorý by potenciálne mohol preklenúť vzdialenosť 380 000 kilometrov bez toho, aby sa zlomil vlastnou váhou.

2. Vodivosť až na druhom mieste po supravodičoch - Electrical King

Elektrická vodivosť uhlíkových nanorúrok je teoreticky na druhom mieste po supravodičoch. Ich súčasná-nosnosť je 1000-krát väčšia ako kapacita medi a sú jediným materiálom, ktorý môže slúžiť ako kov aj ako polovodič.

„Kráľovská aura“ uhlíkových nanorúrok nespočíva len v „odolaní“, ale aj v „rýchlom prenose“.

V uhlíkových nanorúrkach sú atómy uhlíka usporiadané do pravidelnej šesťuholníkovej voštinovej štruktúry. Pod touto štruktúrou je významný konjugačný efekt, ktorý umožňuje elektrónom uvoľniť sa z jednotlivých atómov uhlíka a voľne sa pohybovať vo väčšom rozsahu. Teoreticky je elektrická vodivosť uhlíkových nanorúrok na druhom mieste po supravodičoch.

Aby sme to povedali dátovo: súčasná-nosnosť uhlíkových nanorúrok je 1000-krát väčšia ako kapacita medeného drôtu.

Ešte dôležitejšie je, že v závislosti od „uhlu otáčania“ (chirality) môžu byť uhlíkové nanorúrky buď kovové alebo polovodivé - a dokonca rôzne časti tej istej trubice môžu vykazovať rôznu vodivosť. Môžu slúžiť ako vodiče aj ako čipy, vďaka čomu ich aplikačný potenciál v oblasti elektroniky nemá obdoby.

Výskum ukazuje, že procesory s uhlíkovými nanorúrkami bežia 2-krát rýchlejšie ako kremíkové procesory, pričom spotrebujú iba 1/3 energie. Akonáhle uhlíkové nanorúrky úplne nahradia kremík, „Silicon Valley“ možno skutočne bude musieť zmeniť svoj názov.

3. Tepelná vodivosť je 3-6-krát vyššia ako u diamantu – Thermal King

Uhlíkové nanorúrky sú jedným z najlepších doteraz známych tepelne vodivých materiálov s teoretickou tepelnou vodivosťou približne 3-6 krát vyššou ako diamant.

Tepelná vodivosť je kľúčovým ukazovateľom na určenie, či je možné materiál použiť vo vysokovýkonných elektronických zariadeniach a kozmických lodiach.

Diamant bol dlho považovaný za najlepší prírodný tepelný vodič, no uhlíkové nanorúrky tento rekord prekonávajú. Teoreticky je tepelná vodivosť uhlíkových nanorúrok asi 3-6-krát vyššia ako tepelná vodivosť diamantu. Jednostenná uhlíková nanorúrka pri izbovej teplote môže dosiahnuť tepelnú vodivosť až 3500 W·m⁻¹·K⁻¹, čím prekoná diamant.

Uhlíkové nanorúrky môžu rýchlo viesť teplo pozdĺž svojej dĺžky. Táto charakteristika „smerového vedenia tepla“ z nich robí ideálne materiály na odvod tepla čipov a tepelnú ochranu kozmických lodí.

4. Odolný voči kyselinám a zásadám, odolný voči oxidácii, dokáže absorbovať vlny - Chemický a funkčný kráľ

Uhlíkové nanorúrky majú vynikajúcu chemickú stabilitu, odolávajú kyselinám a zásadám a oxidácii. Dokážu tiež účinne absorbovať mikrovlny, vyznačujú sa skrytými materiálmi, elektromagnetickým tienením a inými poliami.

„Kráľovská aura“ uhlíkových nanorúriek sa neobmedzuje len na mechaniku, elektrinu a teplo -, sú tiež veľmi „odolné“.

Uhlíkové nanorúrky sú chemicky stabilné, odolné voči kyselinám a zásadám. Pridanie uhlíkových nanorúrok do polymérnych kompozitov môže zlepšiť odolnosť samotných materiálov voči kyselinám a oxidáciu, vďaka čomu sú vhodné pre náročné prostredia, ako je letectvo, letectvo, národná obrana a vojenské aplikácie.

K dispozícii je tiež jedinečná funkcia „tromfovej karty“ - absorpcia vĺn. Vďaka svojej špeciálnej štruktúre a dielektrickým vlastnostiam vykazujú uhlíkové nanorúrky silný širokopásmový mikrovlnný absorpčný výkon, ktorý možno použiť v stealth materiáloch, elektromagnetických tieniacich materiáloch a materiáloch absorbujúcich anechoickú komoru. To znamená, že budúce stealth stíhačky a elektromagnetické ochranné zariadenia sa môžu spoliehať na tento materiál „čierneho zlata“.

5. Už pokrývajúce letectvo → Automobilový priemysel → Športový tovar - Aplikácia King

Aplikácie uhlíkových nanorúriek sa už posunuli od „sci-fi“ k realite, pokrývajú biliónové{0}}trhy juanov, ako je letecký a kozmický priemysel, automobilový priemysel, energetika a športové potreby, a posúvajú sa smerom k stá{1}}miliardám-jüanov v priemyselnom meradle.

„Kráľ nových materiálov“ „nekraľuje“ len v laboratóriu. Oblasť použitia uhlíkových nanorúrok sa rýchlo rozširuje.

Letectvo:Kompozity uhlíkových nanorúrok/hliníkovej matrice už boli použité v medzistupňových sekciách rakety Long March 12, čím sa dosiahla ľahká a vysoká pevnosť - skutočne materiál, ktorý „bol vo vesmíre“.

Automobilový priemysel:Vo výfukových systémoch a komponentoch karosérie sa používajú polymérne kompozity vystužené uhlíkovými nanorúrkami-. Zníženie hmotnosti vozidla o 25 % by mohlo znížiť spotrebu ropy až o 250 miliónov barelov ročne.

Športový tovar:Uhlíkové nanorúrky sa stali súčasťou špičkového{0}} športového vybavenia, ako sú tenisové rakety, rámy bicyklov a golfové palice, - ľahšie, pevnejšie a odolnejšie.

Energia/lítiové batérie:Ako vodivá prísada sa uhlíkové nanorúrky široko používajú v priemysle lítiových batérií, pričom dopyt rastie s ročným tempom rastu 40,8 %.

Od rakiet po rakety, od batérií po stealth stíhačky, uhlíkové nanorúrky sa menia z „laboratórneho zázraku“ na „priemyselný vitamín“.

Nový materiál Shandong Tanfeng: Priemyselný propagátor čínskeho „kráľa nových materiálov“

Spoločnosť Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. propaguje lokalizáciu uhlíkových nanorúrok s mesačnou produkciou 200 ton, pokrývajúc celý rad jednostenných/viacstenných{4}} rúrok a strategicky rozmiestnených v siedmich hlavných smeroch vrátane nových energetických vozidiel, letectva a železničnej dopravy.

Uhlíkové nanorúrky sa nazývajú „kráľ nových materiálov“, ale „kráľ“ potrebuje aj niekoho, kto by ho „pozval“ z laboratória k výrobnej linke.

Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. je presne takým podnikom. Spoločnosť vlastní viac ako desať aktívnych patentov súvisiacich s uhlíkovými nanorúrkami a silikónovými-uhlíkovými anódovými materiálmi. Jej produkty pokrývajú celý rad jednostenných uhlíkových nanorúriek,-viacstenných uhlíkových nanorúrok, vodivých pást a silikónových{7}}uhlíkových anód.

Produkty spoločnosti TF-série 400 boli použité v modifikovaných materiáloch s vysokou-vodivosťou a vysokou-tepelnou vodivosťou vystužených materiálmi s vynikajúcou odolnosťou voči teplu a korózii. Tanfeng New Material poháňa „kráľa nových materiálov“ na širšie priemyselné bojisko so silou čínskej výroby.

Jedno{0}}zhrnutie vety:Uhlíkové nanorúrky sa nazývajú „kráľom nových materiálov“ nie preto, že vynikajú jednou konkrétnou vlastnosťou, ale preto, že majú súčasne päť „tromfov“: najsilnejšie, najvodivejšie, najlepší prenos tepla, najstabilnejšie a najširšie uplatnenie.

Od objavu uhlíkových nanorúriek japonským vedcom Sumiom Iijimom v roku 1991, cez ich použitie pri znižovaní hmotnosti na rakete Long March 12, až po mesačnú produkciu 200 ton nového materiálu Shandong Tanfeng New Material, ktorá podporuje lokalizáciu - uhlíkové nanorúrky zostupujú z trónu „Kráľa materiálov a rýchlejšie“, aby sa dostali do každého „silnejšieho priemyselného poľa a rýchlejšie“. Toto je skutočný dôvod, prečo si zaslúžia titul „kráľ“.