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新型碳纳米管结构,混合材料可改变其显著特性

新型碳纳米管结构,混合材料可改变其显著特性

  • 分类:新闻动态
  • 发布时间:2022-07-15 08:36
  • 访问量:

【概要描述】碳纳米管(CNTs)、富勒烯和石墨烯等碳基纳米材料由于其独特的物理性质而备受关注。

新型碳纳米管结构,混合材料可改变其显著特性

【概要描述】碳纳米管(CNTs)、富勒烯和石墨烯等碳基纳米材料由于其独特的物理性质而备受关注。

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碳纳米管(CNTs)、富勒烯和石墨烯等碳基纳米材料由于其独特的物理性质而备受关注。一项新的研究探索了混合纳米结构的潜力,并引入了一种具有显着热和机械性能的新型多孔石墨烯 CNT 混合结构。
该研究表明,如何通过稍微改变 CNT 和石墨烯的固有几何排列以及各种填充剂来改变新型石墨烯 CNT 杂化结构的显着特性。

准确控制石墨烯 CNT 混合结构中的热导率和机械强度的能力使其成为各种应用领域的潜在合适候选者,特别是在重量和强度至关重要的先进航空航天制造中。
碳纳米结构:碳纳米管、石墨烯、富勒烯
碳纳米结构和多种碳纳米结构的混合物最近已被研究作为众多传感、光伏、抗菌、能量存储、燃料电池和环境改善应用的潜在候选者。
研究中最突出的碳基纳米结构似乎是 CNT、石墨烯和富勒烯。由于尺寸极小,这些结构表现出独特的热、机械、电子和生物特性。
在亚纳米范围内测量的结构根据量子物理学的特殊规律运行,因此它们可用于利用非直觉现象,如量子隧穿、量子叠加和量子纠缠。
碳纳米管是由碳制成的管子,直径只有几纳米。碳纳米管显示出显着的导电性,有些是半导体材料。
由于其纳米结构以及碳原子之间形成的共价键的强度,碳纳米管还具有很高的拉伸强度和导热性。
碳纳米管是用于电子、光学和复合材料的潜在有价值的材料,它们可能在未来几年内取代碳纤维。纳米技术和材料科学也在研究中使用碳纳米管。
石墨烯是一种碳同素异形体,其形状为单层碳原子,排列成由六边形组成的二维晶格结构。2004 年,英国曼彻斯特大学的科学家 Andrew Geim 和 Konstantin Novoselov 在一系列开创性实验中首次分离出石墨烯,并为他们赢得了 2010 年的诺贝尔物理学奖。
从那时起的几十年里,石墨烯已成为一种有用的纳米材料,具有极高的抗拉强度、透明度和导电性,在电子、传感和其他先进技术中得到了广泛而多样的应用。
富勒烯是已知有一段时间的另一种碳同素异形体。它的分子由碳原子组成,碳原子通过单键和双键连接成网状,可以闭合也可以部分闭合。网格与五个、六个或七个原子的环融合在一起。
富勒烯分子可以是空心球体、椭球体、管状或许多其他形状和尺寸。石墨烯可以被认为是富勒烯家族的极端成员,尽管它被认为是其自身材料类别的成员。
混合纳米结构
除了投入大量研究来单独理解和表征这些碳纳米结构外,科学家们还在探索将两种或多种纳米结构元素结合到一种材料中的混合纳米结构的特性。
例如,泡沫材料具有可调节的特性,使其适用于夹层结构设计、生物相容性设计和高强度低重量结构设计等实际应用。
碳基纳米泡沫也已用于医学,检查骨损伤以及作为替代骨组织的基础。
碳基蜂窝结构通过化学气相沉积 (CVD) 和溶液处理来生产。火花等离子体烧结 (SPS) 方法也被实施以将石墨烯用于生物和医学应用。
因此,科学家们一直在寻找使三维碳泡沫结构稳定的方法。研究表明,需要在不同类型的结构(碳纳米管、富勒烯和石墨烯)之间形成稳定的连接,以使这种材料足够稳定以进行广泛应用。

混合纳米结构的新研究
土耳其伊斯坦布尔技术大学机械工程师的新研究介绍了一种通过化学键合形成的新型混合纳米结构。
多孔石墨烯 CNT 结构是通过在纳米带中围绕 CNT 组织石墨烯制成的。碳纳米管周围石墨烯纳米带层的不同几何排列(正方形、六边形和菱形图案)导致在材料中观察到不同的物理特性,这表明这种几何重排可用于微调新结构。
研究人员发现,例如,插入富勒烯的结构在不牺牲拉伸强度的情况下表现出显着的压缩稳定性和强度。碳纳米结构的几何排列对其热性能也有显着影响。
研究人员表示,这些新的混合纳米结构具有重要的优势,特别是对于航空航天业。具有这些混合结构的纳米结构也可用于储氢和纳米电子学。

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