1. Kekuatan adalah 100 Kali Ganda Daripada Keluli, Ketumpatan Hanya 1/6 - Raja Mekanikal
Karbon nanotiub adalah salah satu bahan prestasi mekanikal terbaik yang pernah ditemui oleh manusia. Kekuatan tegangan adalah 100 kali ganda daripada keluli, manakala berat hanya 1/6 daripada keluli - benar-benar "ringan lagi kuat."
Karbon nanotiub dipanggil "Raja Bahan Baru," dan sifat mekanikalnya adalah "kad truf" yang paling mengagumkan.
Mengikut pengiraan teori, kekuatan tiub nano karbon adalah 100 kali ganda daripada keluli, modulus Young adalah hampir 6 kali ganda daripada keluli, dan ketumpatan hanya 1/6 daripada keluli. Perbandingan yang dipetik dalam bahan terkumpul daripada Akademi Sains China adalah lebih intuitif: berbanding dengan keluli-kekuatan tinggi ASTM A228, kekuatan tiub nano karbon adalah 270 kali lebih besar dan keanjalannya adalah kira-kira 5 kali lebih besar.
| Penunjuk Prestasi | Karbon Nanotiub | Keluli |
|---|---|---|
| Kekuatan Tegangan | 50-200 GPa | 0.4-1.5 GPa |
| Ketumpatan | 1.3-1.6 g/cm³ | 7.9 g/cm³ |
| Kekuatan-kepada-Nisbah Berat | 100 kali ganda daripada keluli | Garis dasar |
Lebih hebat lagi, tiub nano karbon adalah "keras tetapi tidak rapuh." Apabila tertakluk kepada tekanan luar yang besar, tiub nano karbon boleh membengkok, menggulung, atau pun memutar, tetapi ia tidak pecah. Apabila daya luar dilepaskan, mereka kembali ke bentuk asalnya. Gabungan "kuat + lasak" ini amat jarang berlaku dalam bahan kejuruteraan.
Inilah sebabnya mengapa saintis membayangkan menggunakan tiub nano karbon untuk membina "lif angkasa" - ia adalah satu-satunya bahan yang diketahui pada masa ini yang berpotensi menjangkau jarak 380,000 kilometer tanpa dipecahkan oleh beratnya sendiri.
2. Kekonduksian Kedua Sahaja kepada Superkonduktor - Raja Elektrik
Kekonduksian elektrik tiub nano karbon secara teorinya adalah kedua selepas superkonduktor. Kapasiti bawaan semasa-adalah 1000 kali ganda daripada kuprum, dan ia adalah satu-satunya bahan tunggal yang boleh berfungsi sebagai logam dan semikonduktor.
"Aura diraja" tiub nano karbon bukan sahaja terletak pada "bertahan" tetapi juga dalam "mengirim dengan cepat."
Dalam tiub nano karbon, atom karbon disusun dalam struktur sarang lebah heksagon biasa. Di bawah struktur ini, kesan konjugasi adalah ketara, membenarkan elektron melepaskan diri daripada 束缚 atom karbon individu dan bergerak bebas pada julat yang lebih besar. Secara teorinya, kekonduksian elektrik tiub nano karbon adalah yang kedua selepas superkonduktor.
Untuk meletakkannya dalam istilah data: kapasiti bawaan semasa-tiub nano karbon ialah 1000 kali ganda daripada wayar kuprum.
Lebih penting lagi, bergantung pada "sudut bergolek" (kiraliti), tiub nano karbon boleh sama ada logam atau semikonduktor - malah bahagian berlainan tiub yang sama mungkin menunjukkan kekonduksian yang berbeza. Mereka boleh berfungsi sebagai wayar dan sebagai cip, menjadikan potensi aplikasi mereka dalam bidang elektronik tiada tandingan.
Penyelidikan menunjukkan bahawa pemproses tiub nano karbon berjalan 2 kali lebih pantas daripada pemproses silikon, manakala hanya menggunakan 1/3 kuasa. Setelah nanotube karbon menggantikan sepenuhnya silikon, "Lembah Silikon" mungkin benar-benar perlu menukar namanya.
3. Kekonduksian Terma ialah 3-6 Kali ganda Daripada Berlian - Raja Terma
Karbon nanotiub adalah salah satu bahan pengalir haba terbaik yang diketahui setakat ini, dengan kekonduksian terma teori kira-kira 3-6 kali ganda daripada berlian.
Kekonduksian terma ialah penunjuk utama untuk menentukan sama ada sesuatu bahan boleh digunakan dalam-peranti elektronik berkuasa tinggi dan pengurusan terma kapal angkasa.
Berlian telah lama dianggap sebagai konduktor haba semula jadi yang terbaik, tetapi tiub nano karbon memecahkan rekod ini. Secara teorinya, kekonduksian terma tiub nano karbon adalah kira-kira 3-6 kali ganda berbanding berlian. Nanotiub karbon berdinding tunggal pada suhu bilik boleh mencapai kekonduksian terma sehingga 3500 W·m⁻¹·K⁻¹, mengatasi berlian.
Karbon nanotiub boleh dengan cepat mengalirkan haba sepanjang panjangnya. Ciri "pengaliran haba berarah" ini menjadikannya bahan yang sesuai untuk pelesapan haba cip dan perlindungan terma kapal angkasa.
4. Tahan Asid dan Alkali, Tahan Pengoksidaan, Boleh Menyerap Gelombang - Raja Kimia dan Berfungsi
Karbon nanotiub mempunyai kestabilan kimia yang sangat baik, menentang asid dan alkali dan pengoksidaan. Mereka juga boleh menyerap gelombang mikro dengan cekap, membezakan diri mereka dalam bahan siluman, perisai elektromagnet dan medan lain.
"Aura diraja" tiub nano karbon tidak terhad kepada mekanik, elektrik dan haba - ia juga sangat "tahan lama."
Karbon nanotiub adalah stabil secara kimia, dengan rintangan asid dan alkali. Menambah nanotube karbon pada komposit polimer boleh meningkatkan rintangan asid dan rintangan pengoksidaan bahan itu sendiri, menjadikannya sesuai untuk persekitaran yang mencabar seperti aeroangkasa, penerbangan, pertahanan negara dan aplikasi ketenteraan.
Terdapat juga fungsi "trump card" unik - penyerapan gelombang. Disebabkan oleh struktur khas dan sifat dielektriknya, tiub nano karbon mempamerkan prestasi penyerapan gelombang mikro jalur lebar yang kuat, yang boleh digunakan dalam bahan siluman, bahan perisai elektromagnet dan bahan penyerap ruang anechoic. Ini bermakna jet pejuang siluman masa depan dan peralatan perlindungan elektromagnet mungkin bergantung pada bahan "emas hitam" ini.
5. Sudah Meliputi Aeroangkasa → Automotif → Barangan Sukan - Aplikasi King
Aplikasi tiub nano karbon telah pun beralih daripada "fiksyen sains" kepada realiti, menjangkau pasaran trilion-yuan seperti aeroangkasa, automotif, tenaga dan barangan sukan, dan sedang bergerak ke arah seratus-bilion-skala perindustrian.
"Raja Bahan Baru" bukan sahaja "memerintah" di makmal. Landskap aplikasi tiub nano karbon berkembang pesat.
Aeroangkasa:Komposit tiub nano karbon/matriks aluminium telah pun digunakan dalam bahagian antara peringkat roket Long March 12, mencapai kekuatan yang ringan dan tinggi - benar-benar bahan yang telah "pernah ke angkasa."
Industri Automotif:Karbon nanotube-komposit polimer bertetulang telah digunakan dalam sistem ekzos dan komponen badan. Pengurangan 25% dalam berat kenderaan boleh mengurangkan penggunaan minyak mentah sehingga 250 juta tong setiap tahun.
Barangan Sukan:Tiub nano karbon telah memasuki peralatan sukan-tinggi seperti raket tenis, rangka basikal dan kayu golf - lebih ringan, lebih kuat dan lebih tahan lama.
Bateri Tenaga/Litium:Sebagai bahan tambahan konduktif, tiub nano karbon telah digunakan secara meluas dalam industri bateri litium, dengan permintaan meningkat pada kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 40.8%.
Daripada roket kepada raket, daripada bateri kepada jet pejuang siluman, tiub nano karbon berubah daripada "keajaiban makmal" kepada "vitamin industri."
Bahan Baharu Shandong Tanfeng: Penggalak Perindustrian "Raja Bahan Baharu" China
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. sedang mempromosikan penyetempatan tiub nano karbon, dengan pengeluaran bulanan sebanyak 200 tan, meliputi rangkaian penuh tiub-berdinding/berbilang-tunggal, dan diletakkan secara strategik dalam tujuh arah utama termasuk kenderaan tenaga baharu, aeroangkasa dan transit rel.
Karbon nanotiub dipanggil "Raja Bahan Baru," tetapi "raja" juga memerlukan seseorang untuk "menjemput" dari makmal ke barisan pengeluaran.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. adalah syarikat yang sebegitu. Syarikat itu memegang lebih daripada sepuluh paten aktif berkaitan tiub nano karbon dan{3}}bahan anod karbon silikon. Produknya meliputi rangkaian penuh-nanotiub karbon berdinding tunggal, berbilang-nanotiub karbon berdinding, pes konduktif dan bahan anod karbon-silikon.
Produk siri TF-400 syarikat telah digunakan dalam-kekonduksian tinggi yang diubah suai dan bahan bertetulang kekonduksian terma-tinggi, dengan rintangan haba dan kakisan yang sangat baik. Bahan Baharu Tanfeng memacu "Raja Bahan Baharu" ke arah medan perang perindustrian yang lebih luas dengan kuasa pembuatan China.
Satu-ringkasan ayat:Karbon nanotiub dipanggil "Raja Bahan Baharu" bukan kerana ia cemerlang dalam satu sifat tertentu, tetapi kerana ia pada masa yang sama memiliki lima "trump card": terkuat, paling konduktif, pemindahan haba terbaik, paling stabil, dan aplikasi terluas.
Daripada penemuan tiub nano karbon oleh saintis Jepun Sumio Iijima pada tahun 1991, kepada penggunaannya dalam pengurangan berat pada roket Long March 12, kepada pengeluaran bulanan Bahan Baharu Shandong Tanfeng sebanyak 200 tan yang menggalakkan penyetempatan - tiub nano karbon sedang berundur dari takhta "Raja Bahan yang lebih ringan dan yang lebih hebat." Inilah sebab sebenar mengapa mereka layak mendapat gelaran "Raja."