1. Міцність у 100 разів більша ніж у сталі, щільність лише 1/6 - Механічний король
Вуглецеві нанотрубки є одними з матеріалів з найкращими механічними характеристиками, які коли-небудь відкриті людством. Міцність на розрив у 100 разів більша, ніж у сталі, а вага становить лише 1/6 від сталі - справді «легкої, але міцної».
Вуглецеві нанотрубки називають «королем нових матеріалів», а їх механічні властивості — найбільш вражаючим «козирем».
Згідно з теоретичними розрахунками, міцність вуглецевих нанотрубок у 100 разів перевищує міцність сталі, модуль Юнга майже в 6 разів перевищує міцність сталі, а щільність становить лише 1/6 густини сталі. Порівняння, наведене в зібраних матеріалах Китайської академії наук, ще більш інтуїтивно зрозуміле: у порівнянні з високоміцною сталлю ASTM A228 -міцність вуглецевих нанотрубок вища в 270 разів, а еластичність приблизно в 5 разів.
| Індикатор ефективності | Вуглецеві нанотрубки | сталь |
|---|---|---|
| Міцність на розрив | 50-200 ГПа | 0,4-1,5 ГПа |
| Щільність | 1,3-1,6 г/см³ | 7,9 г/см³ |
| Співвідношення міцності-до-ваги | у 100 разів більше, ніж у сталі | Базовий рівень |
Що ще більш дивно, вуглецеві нанотрубки «тверді, але не крихкі». Під впливом величезного зовнішнього тиску вуглецеві нанотрубки можуть згинатися, скручуватися або навіть скручуватися, але вони не ламаються. Коли зовнішня сила звільняється, вони повертаються до своєї початкової форми. Таке поєднання «міцний + міцний» надзвичайно рідко зустрічається в інженерних матеріалах.
Ось чому вчені припускають використання вуглецевих нанотрубок для створення «космічного ліфта» - це єдиний відомий на даний момент матеріал, який потенційно може подолати відстань у 380 000 кілометрів, не руйнуючись власною вагою.
2. Провідність поступається лише надпровідникам - Електричний король
Електропровідність вуглецевих нанотрубок теоретично поступається лише надпровідникам. Їх -пропускна спроможність у 1000 разів більша, ніж у міді, і вони є єдиним матеріалом, який одночасно може бути металом і напівпровідником.
«Королівська аура» вуглецевих нанотрубок полягає не тільки в «витримці», а й у «швидкій передачі».
У вуглецевих нанотрубках атоми вуглецю розташовані у правильній гексагональній стільниковій структурі. За такої структури ефект спряження є значним, дозволяючи електронам звільнятися від 束缚 окремих атомів вуглецю та вільно рухатися у більшому діапазоні. Теоретично вуглецеві нанотрубки за електропровідністю поступаються лише надпровідникам.
У термінах даних: пропускна здатність-вуглецевих нанотрубок у 1000 разів більша, ніж мідний дріт.
Що ще важливіше, залежно від «кута кочення» (хіральності) вуглецеві нанотрубки можуть бути металевими або напівпровідниковими -, і навіть різні частини однієї трубки можуть мати різну провідність. Вони можуть служити і як дроти, і як мікросхеми, що робить їхній потенціал застосування в галузі електроніки неперевершеним.
Дослідження показують, що процесори з вуглецевих нанотрубок працюють у 2 рази швидше, ніж кремнієві процесори, споживаючи при цьому лише 1/3 енергії. Щойно вуглецеві нанотрубки повністю замінять кремній, «Силіконовій долині» справді доведеться змінити назву.
3. Теплопровідність у 3-6 разів більша, ніж у алмазу - Thermal King
Вуглецеві нанотрубки є одними з найкращих теплопровідних матеріалів, відомих на сьогоднішній день, з теоретичною теплопровідністю приблизно в 3-6 разів більшою, ніж у алмазу.
Теплопровідність є ключовим показником для визначення того, чи можна використовувати матеріал у-потужних електронних пристроях і системі керування температурою космічного корабля.
Алмаз давно вважається найкращим природним теплопровідником, але вуглецеві нанотрубки б'ють цей рекорд. Теоретично теплопровідність вуглецевих нанотрубок приблизно в 3-6 разів перевищує теплопровідність алмазу. Одностінна вуглецева нанотрубка за кімнатної температури може досягти теплопровідності до 3500 Вт·м⁻¹·K⁻¹, перевершуючи алмаз.
Вуглецеві нанотрубки можуть швидко проводити тепло вздовж своєї довжини. Ця характеристика «направленої теплопровідності» робить їх ідеальними матеріалами для розсіювання тепла мікросхем і теплового захисту космічних кораблів.
4. Стійкий до кислот і лугів, стійкий до окислення, може поглинати хвилі - Хімічний і функціональний король
Вуглецеві нанотрубки мають чудову хімічну стабільність, стійкі до дії кислот і лугів і окислення. Вони також можуть ефективно поглинати мікрохвилі, відрізняючись невидимими матеріалами, електромагнітним екрануванням та іншими полями.
«Королівська аура» вуглецевих нанотрубок не обмежується механікою, електрикою та теплом - вони також дуже «довговічні».
Вуглецеві нанотрубки хімічно стабільні, стійкі до кислот і лугів. Додавання вуглецевих нанотрубок до полімерних композитів може покращити кислотостійкість і стійкість до окислення самих матеріалів, що робить їх придатними для вимогливих середовищ, таких як аерокосмічна промисловість, авіація, національна оборона та військові програми.
Також є унікальна функція «козирної карти» - поглинання хвилі. Завдяки своїй особливій структурі та діелектричним властивостям вуглецеві нанотрубки демонструють високі характеристики широкосмугового мікрохвильового поглинання, які можна використовувати в стелс-матеріалах, матеріалах для екранування електромагнітного випромінювання та матеріалах, що поглинають безехову камеру. Це означає, що майбутні стелс-винищувачі та обладнання електромагнітного захисту можуть спиратися на цей матеріал «чорного золота».
5. Уже охоплено Аерокосмічна промисловість → Автомобільна промисловість → Спортивні товари - Application King
Застосування вуглецевих нанотрубок уже перейшло від «наукової фантастики» до реальності, охоплюючи трильйон-юанів ринки, такі як аерокосмічна промисловість, автомобільна промисловість, енергетика та спортивні товари, і рухається до сотень{1}}мільярдів-юанів промислового масштабу.
«Король нових матеріалів» «царює» не лише в лабораторії. Область застосування вуглецевих нанотрубок швидко розширюється.
Аерокосмічна:Композитні матеріали з вуглецевої нанотрубки/алюмінієвої матриці вже використовувалися в міжступеневих секціях ракети Long March 12, досягаючи легкої та високої міцності - справді матеріал, який «побував у космосі».
Автомобільна промисловість:Армовані вуглецевими нанотрубками-полімерні композити використовуються у вихлопних системах і компонентах кузова. Зменшення ваги транспортного засобу на 25% може скоротити споживання сирої нафти до 250 мільйонів барелів на рік.
Спортивні товари:Вуглецеві нанотрубки стали- легшими, міцнішими та довговічнішими у спортивному спорядженні вищого класу, наприклад тенісних ракетках, велосипедних рамах і ключках для гольфу.
Енергія/літієві батареї:Як провідна добавка вуглецеві нанотрубки широко застосовуються в промисловості літієвих акумуляторів, попит зростає на 40,8% щорічно.
Від ракет до ракеток, від акумуляторів до стелс-винищувачів, вуглецеві нанотрубки перетворюються з «лабораторного дива» на «промисловий вітамін».
Новий матеріал Shandong Tanfeng: промисловий промоутер китайського «короля нових матеріалів»
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. сприяє локалізації вуглецевих нанотрубок із місячним виробництвом 200 тонн, охоплюючи повний спектр одно-/багатостінних-труб, і стратегічно позиціонується в семи основних напрямках, включаючи нові транспортні засоби, аерокосмічні та залізничні перевезення.
Вуглецеві нанотрубки називають «королем нових матеріалів», але «королю» також потрібен хтось, хто «запросить» його з лабораторії на виробничу лінію.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. є саме таким підприємством. Компанія володіє понад десятьма діючими патентами, пов’язаними з вуглецевими нанотрубками та кремнієвими-вуглецевими анодними матеріалами. Його продукція охоплює повний спектр одно-вуглецевих нанотрубок, багато-вуглецевих нанотрубок, провідних паст і кремнієвих-вуглецевих анодних матеріалів.
Продукція компанії серії TF-400 застосована в модифікованих армованих матеріалах із високою-провідністю та високою{3}}теплопровідністю, які мають чудову стійкість до тепла та корозії. Tanfeng New Material веде «Короля нових матеріалів» до ширшого промислового поля битви з потужністю китайського виробництва.
Короткий-речення:Вуглецеві нанотрубки називають «королем нових матеріалів» не тому, що вони вирізняються якоюсь конкретною властивістю, а тому, що вони одночасно володіють п’ятьма «козирями»: найміцнішими, найбільш провідними, найкращою теплопередачею, найстабільнішими та найширшим застосуванням.
Від відкриття вуглецевих нанотрубок японським вченим Суміо Іідзіма в 1991 році до їх використання для зменшення ваги на ракеті Long March 12 і до щомісячного виробництва Shandong Tanfeng New Material у 200 тонн, що сприяє локалізації - вуглецеві нанотрубки сходять з трону «Короля матеріалів» і входять у кожну галузь промисловості, яка потребує «сильнішої, легшої та швидше». Це справжня причина, чому вони заслуговують на титул «Королів».