Однос између угљеничних наноцеви и графена: "2Д лист" и "1Д цев" од исте мајке
Carbon nanotubes (CNTs) and graphene are essentially the same type of material - both are composed of carbon atoms bonded together by sp² hybridization to form a six-membered ring honeycomb structure. The core relationship between the two is: a carbon nanotube = a seamless cylinder formed by rolling up a graphene sheet. Graphene is an "unrolled sheet" (two-dimensional), while a carbon nanotube is a "rolled-up paper tube" (one-dimensional). In terms of performance, carbon nanotubes have higher axial strength (tensile strength can reach 80 GPa), while graphene has superior in-plane thermal conductivity (approximately 5000 W/m·K). The two can be composite to form a synergistic effect of "1+1>2" - затезна чврстоћа графенских-интеркалираних филмова угљеничних наноцеви достиже 6,67 ГПа, са топлотном проводљивошћу од 753 В/м·К. Схандонг Танфенг Нев Материал обезбеђује и једнослојне-и више{7}}зидове. Угљеничне наноцеви са више од 7% чистоће, са нечистоћама од 7% чистоће метала, мање од 5% чистоће метала. или једнак 0,5 ппм, и већ је испоручио у серијама водећим домаћим предузећима.
1. "Крвни однос" између угљеничних наноцеви и графена: иста мајка, иста структура порекла
Закључак:Угљеничне наноцеви и графен су у суштини два облика истог материјала - графен је „одмотани лист“, док је угљенична наноцевка „умотана-папирна цев“.
Да бисмо разумели однос између угљеничних наноцеви и графена, прво морамо да погледамо њихову заједничкост на атомском нивоу.
Оба су састављена од атома угљеника, а атоми угљеника су распоређени на исти начин. И у графенским и у угљеничним наноцевима, сваки атом угљеника је повезан са три суседна атома угљеника помоћу сп² хибридних ковалентних веза, формирајући шесточлану прстенасту мрежу у облику саћа. Ово је једна од најстабилнијих познатих хемијских веза и заједнички извор одличних својстава оба.
поставља се питање:Пошто су структуре идентичне, зашто се једна зове „графен“, а друга „угљеничне наноцеви“?
Разлика је у „смотаном“ у односу на „неумотаном“.
| Димензија поређења | Графен | Царбон Нанотубе |
|---|---|---|
| Геометријска морфологија | Дводимензионални планарни лист- | Једнодимензионални шупљи цилиндар- |
| Димензија | 2D | 1D |
| Структурални однос | Основни образац - „лист папира“ | Умотани-графен - "папирна цев" |
| Лаиер Цонцепт | Једнослојни=графен; више слојева=наноплочица графена | Једнослојни ваљани=СВЦНТ; више слојева ваљаних=МВЦНТ |
Угљенична наноцева је микротубула пречника од само неколико нанометара, формирана смотањем једног слоја графита. Другим речима: угљеничне наноцеви су блиска браћа и сестре графена - и деле исте гене, али једна је израсла у облик листа, док је друга прерасла у облик цеви.
2. Поређење перформанси: 1Д вс. 2Д, свако има своје предности
Закључак:Снага угљеничних наноцеви лежи у њиховој аксијалној снази и једно{0}}димензионалној електричној проводљивости; снага графена лежи у његовој-топлотној проводљивости у равни и изузетно великој специфичној површини.
Иако материјали имају исто порекло, структурна разлика између "1Д цеви" и "2Д листа" доводи до значајно различитих фокуса перформанси.
2.1 Фундаменталне разлике у структури и перформансама
Угљеничне-угљеничне везе у графену се протежу унутар равни, дајући му изузетно високу чврстоћу, електричну проводљивост и топлотну проводљивост у-раванском правцу. Међутим, слојеви су повезани слабим ван дер Валсовим силама, што резултира лошим перформансама у вертикалном правцу.
Када угљеникова наноцева „намота“ раван графена, одличне перформансе оригиналне 2Д равни „конвергирају“ у правцу осе цеви. То значи да је аксијални правац где је угљенична наноцевка најјача, најпроводљивија и најбоља у преношењу топлоте.
| метрика перформанси | Угљеничне наноцеви (1Д) | Графен (2Д) |
|---|---|---|
| Затезна чврстоћа | Појединачна цев може да достигне 50-200 ГПа | Приближно 130 ГПа |
| Иоунгов модул | 1-5 ТПа | Приближно 1,1 ТПа |
| Тхермал Цондуцтивити | Приближно 3000 В/м·К (аксијално) | Приближно 5000 В/м·К (у-равни) |
| Елецтрицал Цондуцтивити | Метални/полупроводнички подесиви | Полуметални нулти{0}}појасни размак |
| Специфична површина | Високо | Изузетно висок (2630 м²/г) |
| Цондуцтион Дирецтион | Једнодимензионални (аксијални)- | Дводимензионални (у-равни) |
2.2 Различити фокуси апликације
Домен угљеничних наноцеви:
Потреба за једнодимензионалним проводним мрежама (адитиви за проводљивост литијумских батерија)
Аксијално механичко ојачање (панцири, ваздушно-космичке структурне компоненте)
Једнодимензионални транспорт електрона (нанотранзистори)
Графенов домен:
Провидни проводни филмови-велике површине (екрани на додир)
У-раван ефикасно расипање топлоте (управљање топлотом чипа)
Изузетно велика адсорпција специфичне површине (суперкондензатори)
3. "1+1>2": Синергистички ефекат угљеничних наноцеви + графена
Закључак:Када се угљеничне наноцеви и графен користе заједно, они могу да формирају синергистичку структуру "проводне мреже + проводне платформе", постижући перформансе које се не могу постићи само једним материјалом.
Занимљиво је да иако угљеничне наноцеви и графен имају своје предности, када су ове две композитне, оне могу да допуњују слабости једне друге и комбинују своје предности.
Угљеничне наноцеви се могу посматрати као једно-димензионална „проводна мрежа“ - дуга и танка, способна да се преплиће попут паукове мреже и формира путеве у тродимензионалном простору-. Графен се може посматрати као дводимензионална „проводна платформа“ - широка и равна, способна да обезбеди велике-области велике-брзине електронске канале попут квадрата.
Две недавне студије у потпуности показују овај синергистички ефекат:
Случај 1: Истраживање тима професора Ванг Јианнонга на Универзитету науке и технологије Источне Кине
Студија је открила да су интеркалацијом графенских листова у филмове угљеничних наноцеви постигли:
| метрика перформанси | Достигнута вредност |
|---|---|
| Затезна чврстоћа | 6,67 ГПа |
| Тхермал Цондуцтивити | 753.23 W/m·K |
| Ефикасност електромагнетне заштите | 35 дБ |
Уједначена интеркалација графена је ојачала пренос оптерећења на међуфазној површини и електрон/фононску проводљивост, чинећи композитне филмове супериорнијим у односу на претходно сродне материјале у механичким и транспортним својствима.
Случај 2: Композитни материјал припремљен методом мешања раствора
Истраживање са Универзитета Северне Кине показало је да за композитни материјал графена/угљеничне наноцеви припремљене методом хемијске редукције мешања раствора{0}}у оптималном односу масе (1:1):
| метрика перформанси | Валуе | Побољшање наспрам чистог графена |
|---|---|---|
| Елецтрицал Цондуцтивити | 147.3 S/m | Повећан за 87,4% |
| Затезна чврстоћа | 165,8 МПа | Повећан за 42,3% |
Анализа механизма:Графенска 2Д проводна платформа и 1Д транспортни канал угљеничне наноцеви се допуњују, постижући истовремено побољшање електричних, термичких и механичких својстава.
4. Угљеничне наноцеви: матрица производа Танфенг новог материјала
Закључак:Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. се фокусира на истраживање и развој и производњу угљеничних наноцеви (ЦНТ), са производима који покривају читав низ цеви са једним-зидом, више-и функционализованих цеви. Чистоћа и стабилност серије испуњавају захтеве водећих произвођача батерија.
У дугој индустријској трци у којој угљеничне наноцеви „тихо расту“, Схандонг Танфенг Нев Материал Тецхнологи Цо., Лтд. је растућа сила која се не може занемарити.
4.1 Матрица основних производа
Линија производа компаније Танфенг Нев Материал покрива читав низ угљеничних наноцеви:
| Врста производа | Цоре Параметерс | Карактеристике |
|---|---|---|
| Угљеничне наноцеви са више-зидова (МВЦНТ) | Чистоћа већа или једнака 97,5%, металне нечистоће Мање или једнаке 0,5 ппм | ЦВД производња, уска дистрибуција пречника цеви, серија ЦВ<5% |
| Угљенична наноцевка са-једном зидом (СВЦНТ) | Висока конзистентност | Пречник цеви 1-6 нм, неколико дефеката |
| Функционализована угљенична наноцевка | -ЦООХ/-ОХ прилагодљиво | Побољшава дисперзибилност |
4.2 Кључни технички индикатори
Основни производни индикатори Танфенг Нев Материала:
| Параметар | Спецификација |
|---|---|
| Чистоћа | Веће или једнако 97,5% |
| Металне нечистоће | Фе, Цо, Ни остатак Мањи или једнак 0,5 ппм |
| Аспецт Ратио | Веће или једнако 500:1 |
| Доследност серије | ЦВ<5% (coefficient of variation) |
Индустријски извештаји показују да производи који испуњавају тако високе стандарде имају јаку конкурентност на тржишту.
4.3 Апликациона решења
Танфенг Нев Материал не само да испоручује прах, већ пружа и комплетна решења за примену:
Случај 1: Повер Баттери Цондуцтиве Аддитиве
Пружање друге-генерације-вишезидних угљеничних наноцеви проводне пасте за водећа домаћа предузећа за електричне батерије, која се користи у комбинацији са проводљивом чађом. Уз додатак од 0,8%:
Отпорност плоче електроде смањена за 30%
Пораст температуре током пражњења од 2Ц смањен је за 5 степени
Снабдевање масовном производњом већ је у току дуги низ година
Случај 2: Европски аутомобилски анти-статички водови за гориво
Снабдевање матичне масе од угљеничних наноцеви са више-зидних носача ПА12 европским добављачима делова за аутомобиле, испуњавајући анти-захтеве за ПА12 водове за гориво.
4.4 Седам стратешких праваца примене
Танфенг Нев Материал фокусира своју индустријализацију угљеничних наноцеви на седам главних праваца:
| Правац |
|---|
| Нова енергетска возила |
| Напредни полимерни материјали |
| Еластомери |
| Ваздухопловство |
| Раил Трансит |
| Винд Повер |
| Складиштење енергије водоника |
Компанија тежи да постане „провајдер напредних материјала и техничких услуга“.
5. Будући трендови: шта ће победити, угљеничне наноцеви или графен?
Закључак:Њих двоје нису у такмичарском односу „на живот-или-смрт, већ у шаблон за победу{2}} „свако узима своје снаге“ и „кооперативна синергија“.
Враћајући се на питање односа између угљеничних наноцеви и графена, коначни одговор можда неће бити „шта је боље“, већ „шта је погодније за шта“.
| Сценарио апликације | Више препорученог материјала | Разлог |
|---|---|---|
| Проводни адитив за литијумску батерију | Царбон Нанотубе | 1Д мрежа,-проводљивост великог домета, већ се широко користи |
| Материјал за термичко управљање чипом | Графен | Топлотна проводљивост у-равни од 5000 В/м·К, већа |
| Флексибилна прозирна проводљива фолија | Тренд је композитан | ЦНТ мрежа + графен филм се допуњују |
| Ваздухопловне структурне компоненте | Ојачање угљеничних наноцеви | Јасна предност у аксијалној снази |
| Флексибилна литијум{0}}јонска батерија | Комбинована употреба оба | ЦНТ као скелет, Г као проводни супстрат |
| ЕМИ електромагнетна заштита | Композитни филм | Ефикасност заштите од 35 дБ, најбоље укупне перформансе |
На овом путу „координисаног развоја угљеничних наноцеви и графена“, избор новог материјала компаније Танфенг је јасан - фокусирање на угљеничне наноцеви, ослањајући се на своје зреле могућности индустријализације да обезбеди високо-квалитетне производе од угљеничних наноцеви и решења за стратешке индустрије као што су нова енергија и ваздухопловство.
Док се академска расправа између угљеничних наноцеви и графена наставља, у кинеским фабрикама нових енергетских возила, проводна паста за угљеничне наноцеви се масовно „уноси“ у машине за облагање. На европским линијама за производњу аутомобилских делова, мастербатцх угљеничних наноцеви се убризгава у калупе. Кинески произвођачи као што је Танфенг Нев Материал су управо покретачи ове индустријске трансформације „микроскопских материјала који мењају макроскопски свет“.