（中國(guó)粉體技術(shù)網(wǎng)/班建偉）納米技術(shù)是通過對(duì)納米尺度物質(zhì)的操控來實(shí)現(xiàn)材料、器件和系統(tǒng)的創(chuàng)造和利用，例如，在原子、分子和超分子水平上的操控納米技術(shù)的發(fā)展正越來越成為世界各國(guó)科技界所關(guān)注的焦點(diǎn),誰能在這一領(lǐng)域取得領(lǐng)先,誰就能占據(jù)21世紀(jì)科學(xué)的制高點(diǎn)。納米碳材料是指尺度至少有一維小于100納米的碳材料。納米碳材料主要包括四種類型：納米碳球、碳納米管、石墨烯和碳炔，其中碳納米管和石墨烯由于其優(yōu)異的性能，是近年來的研究熱點(diǎn)。
碳納米管的彈性模量與金剛石的基本相同，為已知的最高材料模量，約為鋼的5 倍；其彈性應(yīng)變最高可達(dá)12%，約為鋼的60倍而密度僅為鋼的幾分之一。碳納米管的強(qiáng)度大約比其他纖維的強(qiáng)度高200倍，可以經(jīng)受約100 萬個(gè)大氣壓的壓力而不破裂。碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，在一定方向，導(dǎo)電率可達(dá)銅的一萬倍； 碳納米管的熱傳導(dǎo)系數(shù)高于天然金剛石和石墨原子基面。
石墨烯目前是世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎完全透明，只吸收2.3%的光；導(dǎo)熱系數(shù)是金剛石的3倍；常溫下電子遷移率是商用硅材料的140倍； 電阻率比銅和銀更低，是目前電阻率最小的材料；單層石墨烯的比表面積是最好活性炭的1.75倍；具有超強(qiáng)的剛度和硬度，強(qiáng)度是鋼的100多倍。
目前碳納米管和石墨烯材料在多個(gè)領(lǐng)域開展研究，并逐步走向應(yīng)用。其中，碳納米管在航空領(lǐng)域的最新進(jìn)展有：
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的研究人員開發(fā)出一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的涂料，可降低常用的泡沫的內(nèi)飾的易燃性。與未處理的泡沫相比，碳納米管涂覆聚氨酯泡沫體的燃燒性降低了35％。研究人員將改性的碳納米管均勻地分布并附著在聚合物層的上表面和下表面。由此產(chǎn)生的涂層，充分利用了碳納米管的快速散熱能力，與常用于軟裝飾的溴化阻燃劑相比，實(shí)現(xiàn)了更大的點(diǎn)火和燃燒阻力。同時(shí)當(dāng)納米管涂層泡沫暴露在極端高溫中，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)“炭保護(hù)層”屏障防止熔體池形成。
美國(guó)研制出完全基于碳納米管的中央處理器。2013年10月，美國(guó)斯坦福大學(xué)采用與同硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）完全兼容的工藝研制出首臺(tái)完全基于碳納米場(chǎng)效應(yīng)晶體管的中央處理器原型。該處理器芯片面積為6.5mm2，由178個(gè)晶體管組成，每一個(gè)晶體管由10~200納米場(chǎng)的數(shù)個(gè)碳納米管組成，盡管該處理器的工作頻率僅為1kHz，與主頻為108~740kHz的首臺(tái)商用硅基計(jì)算機(jī)Intel 4004存在巨大差距，目前僅能做演示和驗(yàn)證，但兩者均采用相同的馮諾伊曼體系結(jié)構(gòu)，都具有可編程能力，可串行執(zhí)行多種計(jì)算任務(wù)，并運(yùn)行基本的操作系統(tǒng)。與傳統(tǒng)晶體管相比，碳納米管體積更小，傳導(dǎo)性也更強(qiáng)，并且能夠支持快速開關(guān)，因此其性能和能耗表現(xiàn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)硅材料。
麻省理工學(xué)院航空航天工程師開發(fā)出一種碳納米管(CNT)薄膜，可以加熱并固化復(fù)合材料，而不需要熱壓罐。當(dāng)連接到一個(gè)電源，包裹在一個(gè)多層聚合物復(fù)合材料中的薄膜就會(huì)加熱，促使聚合物固化。研究小組在常見的飛機(jī)碳纖維材料部件中測(cè)試了該薄膜，發(fā)現(xiàn)該薄膜可制造出強(qiáng)度與傳統(tǒng)熱壓罐固化的一樣的復(fù)合材料，但只使用了百分之一的能量。研究人員表示，碳納米管薄膜很輕，添加重量可以忽略不計(jì)，在其熔融進(jìn)樹脂層后，薄膜本身與復(fù)合材料形成網(wǎng)格。MIT的技術(shù)直接接觸需要加熱的部分，這種復(fù)合材料固化方法更直接，更節(jié)能。可代替四層樓高的熱壓罐，以及數(shù)千萬美元的基礎(chǔ)設(shè)施。
歡迎進(jìn)入【粉體論壇】
|
