Ki jan yo bon konduktiviti elektrik ak tèmik nan nanotub kabòn? Yon analiz pèfòmans vre ki baze sou done
Nan syans materyèl, kèk sibstans ki te kaptive chèchè pou dè dekad tankou nanotub kabòn. Estrikti tubulaires sa yo, ki konpoze antyèman ak atòm kabòn epi ki mezire sèlman yon dis-milyem dyamèt yon cheve imen, enkòpore prèske tout atant pou sipèmateryèl pwochen-jenerasyon yo. Pandan konvèsasyon ak kliyan yo, yon kesyon envaryabmam leve: jis ki jan bon yo konduktiviti elektrik ak tèmik nan nanotub kabòn? Jodi a, nou pral reponn kesyon sa a ak done ak reyalite.
1. Konduktivite elektrik: Elektwon ap kouri desann yon "Superhighway"
Pou konprann pèfòmans elektrik CNT yo, youn dwe premye apresye estrikti yo. Atòm kabòn fè lyezon atravè ibridasyon sp²-pami lyezon chimik ki pi solid yo konnen. Nan konfigirasyon sa a, elektwon yo ka deplase rapidman sou miray tib la ak nòmalman pa gen okenn obstak, yon fenomèn ke yo rekonèt kòm transpò elèktron balistik.
1.1 Nimewo frapan: dis mil fwa pa kòb kwiv mete
Tou de rezilta teyorik ak eksperimantal yo frape: nan direksyon espesifik, CNT yo ka montre konduktiviti elektrik.dimil fwa pi wo pase kwiv. Nan tanperati chanm, konduktiviti elektrik SWCNT yo ka rive jiska 10³ S/cm. Kisa sa vle di? Si fil konvansyonèl yo tankou wout peyi aksidante kote elektwon yo ap lite pou yo deplase, CNT yo se tankou uit -swiv otowout ki pèmèt elektwon koule san antrave.
Yon meta-analiz ki te fèt nan University of Cambridge te egzamine 1,304 pwen done ki soti nan 266 papye ki te revize parèy-. Konklizyon yo te endike ke dope, ki aliye kèk CNTs (FWCNTs) ki reprezante pi bon -kategori a, ak asid-fib fib ki montre konduktiviti elektrik patikilyèman eksepsyonèl. Malgre ke konduktiviti elektrik makroskopik CNT asanble yo poko matche ak kòb kwiv mete (kounye a apeprè yon -sizyèm nan kòb kwiv mete), lè nou konsidere ke CNT yo gen sèlman yon fraksyon nan dansite asye a, konduktiviti espesifik yo (konduktivite-a-pwopò dansite) deja montre avantaj sibstansyèl.
1.2 Poukisa CNT yo tèlman kondiktif?
Eksplikasyon an se nan mekanik pwopòsyon. Nan kondiktè konvansyonèl yo, elektwon kontinyèlman fè kolizyon pandan y ap deplase, jenere rezistans. Nan CNT yo, akòz dimansyon ekstrèmman ti yo ak estrikti pafè, elektwon yo ka vwayaje "balistikman" ak prèske pa gen okenn jenerasyon chalè. Ibridizasyon sp² nan lyezon C-C pèmèt elektwon sou sifas CNT pou avanse pou pi nan vitès apwoche 1/300 nan vitès limyè a, ak mobilite elèktron rive nan 20,000 cm²/(V·s).
Anplis de sa, tou depann de chiralite yo, CNT yo ka montre konpòtman swa metalik oswa semiconducting. Karakteristik tunable sa a ouvè posiblite vas pou aplikasyon yo nan aparèy elektwonik. Nan 2013, Inivèsite Stanford devlope avèk siksè yon pwototip inite pwosesis santral ki te konstwi antyèman nan CNTs. Malgre ke frekans fonksyònman li yo te sèlman 1 kHz nan moman sa a, li te pwouve posibilite apwòch sa a.
2. tèmik conductivité: Surpasser Diamond
Si konduktiviti elektrik te fè CNT yo trè atire pou elektwonik, pèfòmans tèmik yo te eksite ekspè nan jesyon tèmik.
2.1 Limit teyorik: 5800 W/(m·K)
Prediksyon teyorik endike ke CNT yo gen anpil chans genyen pi wo konduktiviti tèmik pase dyaman, ki kapab fè yo materyèl ki pi tèmik kondiktif nan mond lan. Ki nimewo espesifik yo? SWCNTs ka rive jwenn yon tèmik conductivité de5800 W/(m·K), pandan ke MWCNTs reyalize alantou 3000 W / (m·K). Pou konparezon, dyaman -pi bon kondiktè tèmik natirèl la-gen yon konduktiviti tèmik apeprè 2200 W/(m·K). Nan lòt mo, CNT yo ka fè chalè plis pase twa fwa pi bon pase dyaman.
2.2 Soti nan teyori rive nan pratik
Natirèlman, mezire konduktiviti tèmik yon CNT endividyèl se trè difisil. Mezi bonè sou MWCNT endividyèl yo bay valè alantou 3000 W/(m·K), ki konsistan avèk prediksyon teyorik.
Yon pwen enpòtan pou klarifye se ke lè CNT yo reyini nan materyèl makroskopik tankou fim oswa fib, konduktiviti tèmik an jeneral diminye anpil. Rezon ki fè la se senp: kontak tib-a-tib ak vid nan materyèl la anpeche koule chalè. Pou egzanp, lè SWCNT yo peze nan yon fèy esansyèl, konduktiviti tèmik tanperati chanm ki mezire -se sèlman apeprè 35 W/(m·K). Sa pa vle di ke CNT yo tèt yo fè move; pitou, li mete aksan sou ke transfere nanokal pwopriyete eksepsyonèl nan asanble makroskopik rete yon defi kle pou komèsyalizasyon.
2.3 Mekanis kondiksyon tèmik: wòl fonon yo
Kondiksyon tèmik nan CNT se prensipalman gouvène pa fonon. Rechèch endike ke chemen an vle di gratis nan fonon nan CNT yo se apeprè 0.5-1.5 μm. Estrikti sp² a fasilite transpò fonon, dote CNT yo ak pwopriyete tèmik eksepsyonèl yo. Kapasite efikas chalè dissipation sa a te jwenn aplikasyon pratik. Chèchè nan Enstiti Nasyonal Nòm ak Teknoloji Ameriken an (NIST) te menm devlope yon kouch ki baze sou MWCNT-ki diminye enflamabilite kim an poliyiretàn pa 35%, gras a dissipation chalè rapid CNT yo ak fòmasyon nan yon kouch charyè pwoteksyon anba chalè ekstrèm.
3. Kisa pwopriyete sa yo ka fè nan pratik?
Done teyorik enpresyonan dwe finalman tradwi nan aplikasyon pratik. Itilizasyon CNT yo kòm aditif kondiktif nan pil ityòm-ion se yon egzanp byen-etabli.
3.1 Rezo kondiktif nan batri ityòm-Ion
Nan materyèl katod batri ityòm-ion, yon chaj CNT apeprè 1.5% ka reyalize menm efè ak 3% nwa kabòn konvansyonèl yo. Sa ki pi enpòtan, CNT yo kreye yontwa -rezo kondiktif. CNT yon-dimansyon yo, ansanm ak patikil aktif yo, fòme yon rezo 3D ki efektivman amelyore transpò elektwon ant materyèl aktif la ak pèseptè aktyèl la. Pou egzanp, ak materyèl ityòm Manganèz oksid (LiMn₂O₄), ajoute MWCNTs te lakòz yon retansyon kapasite nan 99% apre 20 sik, konpare ak sèlman 90% pou materyèl la pi bon kalite.
Pèfòmans nan sistèm ityòm cobalt oksid (LiCoO₂) se egalman enpresyonan. Nan yon pousantaj 2C, selil LiCoO₂ / MWCNT yo montre kapasite minim fennen, tandiske selil ki gen nwa kabòn oswa fib kabòn montre pèt kapasite nan 10% ak 30%, respektivman, apre 20 sik. Rezon ki fè la se senp: rezo a kondiktif ki fòme pa CNTs fasilite transfè chaj ak diminye enpedans.
3.2 Pi lwen Lityòm-Ion Batri
Anplis pil, CNT yo ap antre nan anpil lòt domèn:
Aerospace: Yon fim CNT devlope nan MIT ka chofe ak geri materyèl konpoze, konsome sèlman 1% nan enèji ki mande pa otoklav tradisyonèl yo pandan y ap pwodui eleman ki gen fòs konparab.
Elektwonik: Tranzistò ki baze sou CNT-pi piti ak pi kondiktif, ak potansyèl pou yo reyisi Silisyòm.
Depo Enèji ak Jesyon tèmik: Nouvo aplikasyon nan supercapacitors, materyèl koòdone tèmik, ak lòt zòn yo ap parèt rapidman.
4. Shandong Tanfeng nan Pwosesis Komèsyalizasyon an
Apre nou fin diskite sou done teyorik yo ak aplikasyon ki pi modèn yo, ann retounen nan reyalite pratik yo. Pa gen pwoblèm ki jan ekselan yon materyèl ka, si li pa ka pwodwi nan echèl oswa apwovizyone fyab, li rete yon ilizyon pou endistri.
Shandong Tanfeng nouvo materyèl teknoloji co, Ltd.se yon patisipan enpòtan nan pwosesis komèsyal CNT domestik la. Kòm yon antrepriz teknoloji -oryante dedye a R&D, pwodiksyon, ak lavant CNTs, dosye pwodwi Shandong Tanfeng a gen ladan poud MWCNT, poud SWCNT, keratin kondiktif CNT, masterbatch kondiktif CNT, ak materyèl anod kabòn Silisyòm-.
Konpayi an genyen plis pase dis patant aktif ki gen rapò ak CNTs, Silisyòm{0}}materyèl anod kabòn, ak manifakti ekipman entèlijan. Teknoloji sa yo patante asire fyab teknik soti nan devlopman laboratwa a pwodiksyon an mas. Kounye a, pwodwi Shandong Tanfeng yo lajman itilize nan sèt gwo sektè: nouvo machin enèji, konpoze polymère avanse, elastomèr, ayewospasyal, transpò tren, jenerasyon pouvwa van, ak depo enèji idwojèn.
Pou poud CNT, Shandong Tanfeng te devlope klas miltip, ki gen ladan TF-210, TF-300, TF-400, ak TF-500, ak pite Pi gran pase oswa egal a 99% ak longè sòti nan 5 a 15 μm, satisfè kondisyon yo ki pwosesis nan kliyan divès. Kit yon moun bezwen MWCNT ak rapò aspè wo oswa SWCNT pou pèfòmans final, solisyon apwopriye ki disponib.
Kontrèman ak founisè ki ofri sèlman poud, Shandong Tanfeng bay tou keratin kondiktif CNT, ede kliyan en evite eksplorasyon pwosesis tipikman ki nesesè pou dispèsyon. Sa a se espesyalman valab pou manifaktirè batri ityòm-ion yo, paske gaye CNT yo nan lisier yo rete yon defi teknik rekonèt nan endistri a. Swiv teknoloji dispèsyon -ki devlope nan kay li a, Shandong Tanfeng asire bon jan kalite pakèt ki konsistan, sa ki pèmèt kliyan yo vrèman "itilize soti nan sak la."
5. Yon pèspektiv reyalis: ant pèfòmans ak reyalite
Kòm syantis materyèl ak enjenyè, nou dwe kenbe je nou sou tou de zetwal yo ak tè a. Kondiktif elektrik ak tèmik CNT yo se vre "plafon" teyorik, men plizyè reyalite bezwen rekonèt nan aplikasyon pratik:
Premyèman, pwopriyete nanokal pa egal pwopriyete makwoskopik.Yon CNT endividyèl ka gen yon konduktiviti tèmik nan 5800 W / (m·K), men yon fim makroskopik ki fèt ak CNT yo ka reyalize sèlman kèk dizèn. Sa a se pa akòz okenn defisyans nan CNT yo tèt yo, men pito nan kontak tib yo-tib yo ak vid nan asanble makroskopik ki entwodui rezistans tèmik enpòtan.
Dezyèmman, dispèsyon rete yon defi konstan.CNT yo gen gwo zòn sifas ak gwo fòs van der Waals, ki fè yo gen tandans fè aglomerasyon. San dispèsyon apwopriye, menm konduktiviti elektrik ki pi wo a pa ka reyalize. Pre-paste Shandong Tanfeng ofri yo jisteman gen entansyon adrese pwen doulè sa a.
Twazyèmman, seleksyon materyèl yo dwe matche ak aplikasyon an.Kondisyon pou aditif konduktif yo diferan ant pil ityòm iron phosphate (LFP) ak nikèl-cobalt-manganèz (NCM) pil, osi byen ke ant Silisyòm-anod kabòn ak anod grafit. Pou selil enèji-konvansyonèl yo, MWCNT yo ofri pi bon pri-efikasite. Pou sistèm anod-chaj rapid oswa Silisyòm-, SWCNT yo ka bezwen. Matris pwodwi milti- Shandong Tanfeng a fèt pou bay kliyan fleksibilite pou yo chwazi selon bezwen yo.
Plizyè ane de sa, nan yon egzibisyon endistri, yon enjenyè te kenbe yon echantiyon CNT epi li te mande m ', "Done yo pou materyèl sa a sanble tèlman enpresyonan. Poukisa nou pa ka reyalize rezilta ideyal ak li?" Nan moman sa a, mwen te reponn: "pwopriyete yo nan yon materyèl ak pèfòmans nan yon pwodwi yo se de bagay diferan. Ansyen an depann sou kapasite nannan; lèt la depann sou konpetans."
Mwen toujou kenbe opinyon sa jodi a. Kapasite nannan CNT yo pa gen okenn dout-yo kondui elektrisite pi byen pase kwiv ak chalè pi bon pase dyaman. Men, transfòme kapasite nannan sa a nan pwodwi ki estab, ki fyab mande pou konpayi tankou Shandong Tanfeng-ki gen teknoloji patante, eksperyans pwodiksyon, ak akimile ekspètiz aplikasyon-pou yo konvèti "kapasite" nan "konpetans."
Si w ap chèche pou yon founisè serye nan CNT poud oswa keratin kondiktif, oswa ou vle eksplore ki jan CNT yo ta ka aplike nan pwodwi ou yo, tanpri kontakte Shandong Tanfeng New Material Technology Co, Ltd. Ann diskite sou ki jan "materyèl super" sa a ka bay pwodwi ou yo.