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  • 神奇的碳基材料(下)

    上期文章我们给大家介绍了金刚石和石墨两种碳基材料,如何把石墨的单层分离出来得到更优质的材料呢?本期文章让我们继续了解碳基材料。

    石墨烯
    直到2004年,英国曼彻斯特大学的2个物理学家,用一种非常简单的方法搞定得到越来越薄的石墨薄片,那就是撕胶带,他们用透明的胶带黏住高定向热解石墨,然后粘住石墨的那一面对折再撕开,这样石墨一分为二又薄了一层,不断地重复这样操作,于是薄片越来越薄,最后,他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片,这就是石墨烯。他们共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯是已知强度最高的材料之一,同时还具有很好的韧性,弯曲拉伸性能也很好,而本身又特别轻,石墨烯的透光性能达到97%,导电性能也非常很好。目前石墨烯在润滑油,导电油墨,防腐蚀材料方面已经有实际生产应用,但用到电池和芯片上还有很长的一段路要走。

    碳纳米管
    相比石墨烯的漫漫长路,另一个碳的同素异形体的研究就比较多了,就是一根管子,叫做碳纳米管。我们可以把石墨烯理解为一个非常薄的纸,而碳纳米管就是把这个纸卷起来,变成了一个非常薄的管子,其实碳纳米管的发现要早于石墨烯。其最早在1991年由饭岛澄男发现,碳纯度作为影响导电性的两个核心指标,直接决定了碳纳米管的产品性能,碳纳米管管径越细,长度越长,导电性能越好。

    《三体》中的故事情节,利用纳米武器,直接将军舰切割开来。关于纳米技术,目前在我们的生活中也逐渐进行了应用,早在2018年清华大学就已经成功实验了超长碳纳米管管束,强度甚至超过了80Gpa。甚至还可以将这款技术植入到机器人,用于我国的医疗技术,在未来可以治疗癌症,将纳米机器人注入人体,携带药物的它们可以对癌细胞进行精准打击。

    多壁碳纳米管
    碳纳米管根据石墨烯层数差异可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。多壁碳纳米管的产能已经非常大,广泛应用在生物制药,复合材料,能源,高端导电塑料,电复合材料,触摸屏,超薄扬声器方面,很多价值不菲的自行车用的就是碳纳米管材料,现在中美研究团队都在研究的碳基芯片,基于的就是碳纳米管,有可能是替代硅基芯片的一个方向。

    单壁碳纳米管

    单壁碳纳米管优势体现为:安全性能优:在45℃高温多周循环下,添加单壁CNT的软包电池内阻增长,明显低于添加其他导电剂的电池,表明电池着火风险越小。

    提升极片附着力:单壁碳纳米管网络将正极材料颗粒连在一起,从而提高了颗粒之间的连接强度。而这一特性对于易粉化、易脱落的硅基负极而言尤为重要。

    通过以上2期内容,我们为大家介绍了部分碳基材料,其实还有很多,炭黑,富勒烯,C36、C70等,碳作为构成生命的基本元素还有很多奥秘等着我们去发现,也期待更多的碳基材料被人们挖掘出来!本期文章就到这里,我们下期再见!

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