1. 단일 벽 탄소 나노 튜브는 무엇입니까? 왜 많은 관심을 끌고 있습니까?

단일 벽 탄소 나노 튜브 (SWCNT)는 단일 층 그래 핀 시트에서 컬링 된 원활한 관형 구조이며, 직경은 1-2 나노 미터이고 최대 미크론의 길이입니다. 이 1 차원 나노 물질은 독특한 원자 배열로 인해 특별한 기계적, 전기 및 열 특성을 나타냅니다.

기계적 특성 : Young 's Modulus는 최대 1 TPA이며, 인장 강도는 강철보다 100 배입니다.  

전기 특성 : 전도도는 구리보다 우수하며, 메탈릭 또는 반도체 특성은 키랄 조절을 통해 달성 될 수 있습니다.  

열적 특성 : 열전도율은 다이아몬드의 두 배이므로 이상적인 열 소산 재료입니다.  

다중 벽 탄소 나노 튜브 (MWCNT)와 비교하여, 단일 벽 구조는 소수의 결함과 더 높은 순도로 인해 고급 필드에서 더 많은 적용 전위를 갖는다. 

2. 단일 벽 탄소 나노 튜브의 준비 방법 : 기술 경로 및 장점 및 단점 비교

현재 주류 제조 방법에는 화학 증기 증착 (CVD), ARC 방법 및 레이저 증발 방법이 포함됩니다. 특정 공식은 다음과 같습니다.

1. 화학 기상 증착 (CVD)

process : 기판에 촉매 (예 : Fe 및 CO 도핑 된 비금속 요소)를 증착하고, 탄소 공급원 가스 (예 : 메탄)로 전달하고 고온에서 균열 및 자랍니다.  

optimization 조건 :

temperature : 700-1000 ℃;  

catalytic : p, s 및 대조군 입자 크기와 같은 비금속 요소가있는 도핑;

탄소원 : 액체 탄소 공급원은 더 균일하게 증발하고 더 높은 순도를 갖는다.  

장점 : 대규모 생산에 적합한 강력한 제어 성; 단점 : 장비 비용이 높고 프로세스 매개 변수를 정확하게 제어해야합니다.  

2. ARC 방법

PRICIPLE : 흑연 전극의 배출에 의해 고온이 생성되며, 탄소 증기가 생성되어 SWCNT로 응축됩니다.  

FEATURES : 제품의 순도가 높지만 많은 에너지를 소비하여 지속적으로 생산하기가 어렵습니다.  

3. 레이저 증발 방법

process : 레이저를 사용하여 촉매를 포함하는 흑연 대상을 폭격하고 증발 후에 입금하여 SWCNT를 형성합니다. 장점 :이 제품은 키 가로 제어 가능합니다. 단점 : 장비는 비싸고 출력이 낮습니다.  

3. 준비 예 : CVD 방법은 나선형 구조 단일 벽 탄소 나노 튜브스

특허 기술을 예로 들어 보시면 특정 단계는 다음과 같습니다.

1. 장치 설계 : 반응 챔버는 2 개의 챔버로 나뉘며, 액체 탄소 공급원 (예 : 에탄올)이 바닥에 주입되고 상단 회전 샤프트는 기판을 회전시킵니다.  

2. 촉매 처리 : 5-30 nm에서 두께가 제어 된 두께가 기질에 황도 도핑 금속 촉매 전구체 (예 : Fe-S)를 퇴적시킨다.  

3. 반응 과정 :

액체 탄소가 불활성 가스의 보호하에 증발 할 때까지 가열합니다.  

Heats에 900 ℃ 및 수소 감소 촉매가 도입된다;  

회전 샤프트는 30 r/분에서 회전하여 탄소 공급원의 균일 한 흡착 및 나선 구조의 형성을 촉진합니다.  

4. 제품 수집 : 단일 벽 튜브는 특정 길이로 자라며 95%이상의 순도로 기판에서 분해됩니다.  

key 혁신 : 샤프트의 회전과 비금속 도핑을 통해 헬리컬 구조의 제어 가능한 성장이 달성되며 전통적인 방법의 고르지 않은 형태의 문제가 해결됩니다.  

4. 자주 묻는 질문 및 솔루션

1. 문제 1 :이 제품에는 불순물 또는 다중 벽 구조

Reason : 촉매 응집 또는 불균일 한 탄소 공급원 농도가 포함되어 있습니다.  

Solution : 촉매의 분산을 최적화하고, 액체 탄소원을 채택하고, 증발 속도를 제어하십시오.  

2. 질문 2 : SWCNTS Dispersion

CAUSE : 높은 표면 에너지는 통일로 이어집니다.  

Solution : 기능화 된 처리 (예 : PEG 변형) 또는 분산제 사용.  

3. 질문 3 : 높은 생산 비용

Solution : 촉매 활용을 개선하기위한 연속 CVD 장비를 개발합니다.  

5. 응용 분야 : 실험실에서 산업화로의 도약

1. 새로운 에너지 배터리

Tian Donglong의 연구팀은 저온에서 탄소 나노 튜브를 지속적으로 정제 할 수있는 새로운 장비 및 정제 공정을 개발했습니다. 전통적인 탄소 나노 튜브 정제 기술과 비교하여, 연속 탄소 나노 튜브 정제 기술은 높은 정제 효율, 우수한 정제 효과 및 낮은 에너지 소비를 갖는다. 새롭고 효율적인 정제 장비 및 정제 과정입니다. [1] Zhang Xinyu의 연구팀은 GO가 큰 표면적, 강한 수분 흡수 및 우수한 기계적 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 표면은 히드 록실 그룹 (-OH) 및 카르 보닐기 (C = O)와 같은 다수의 산소 함유 기능기를 함유하며, 이는 복합 재료를 준비하기 위해 다른 매트릭스 또는 매트릭스 재료와 쉽게 혼합하기 쉽다. [2]

2. 전자 장치

Li Min의 연구팀은 실리콘 기판 및 유연한 기판을 기반으로 SWCNT 광 시냅스 트랜지스터를 개발하고, 광전자 신호의 시너지와 복잡한 시냅스 기능의 시뮬레이션을 탐색했으며, 광전자 시냅스 가소성의 생성 메커니즘을 밝혔으며, Ultra-Low 전력 소비로 SWCNT CMOS 인버터를 구축했습니다. [3]

3. 복합 재료

Kong Jiahua의 연구팀은 이러한 복합 재료를 준비하기위한 다양한 기술을 논의했으며, 탄소 나노 튜브의 첨가가 에스파치 수지의 특성을 어떻게 변화시키는 지 자세히 분석했습니다. 에폭시 수지의 기계적 특성에 대한 탄소 나노 튜브의 특정 영향이 특히 강조되었다. [4]

졸-겔 방법에 기초하여, Wang Xiaolan의 연구팀은 다중 벽 탄소 나노 튜브 변형 실리콘 수지 (CNT/OSR) 에어로겔 및 바늘 펀치 쿼츠 섬유 강화 CNT/실리 컨 레진 에어로겔 (QF/SC)의 다양한 비율의 다른 비율을 준비했다. 에어로겔 및 복합 재료. 연구 결과에 따르면 물리적 변형 후 CNT는 실리콘 수지와 우수한 호환성을 나타내며 소기도 및 열전도성 채널을 구축합니다. 수지의 열 안정성은 변형 후 크게 개선되었다. CNT의 질량 분율이 15 중량% 일 때, 체중 감소는 온도에 상응하는 10 wt%이다. [5]

4. Biomedicine

li Ling의 연구팀은 각각 세포 및 동물 수준에서 생물학적 스캐 폴드 및 약물 운반체로서 타당성을 탐구하고 있습니다. 또한, 금 나노 입자가 SWCNT의 표면을 수정하는 새로운 방법을 탐구하여 근적외선 열 요법에 대한 타당성을 연구합니다.