史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的應(yīng)用前景如何?

• 2019年9月16日 ChenJunYi來源：新浪 769 46
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近日，麻省理工學(xué)院的航空航天科學(xué)家在研究提高材料的電學(xué)和熱血性能時(shí)，誤打誤撞研究出了一種史上最黑的材料，且該材料在各個(gè)角度吸收射入關(guān)都大于99.995%。不過科學(xué)家還沒有完全確定新材料為什么會(huì)這樣。那么，史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的

近日，麻省理工學(xué)院的航空航天科學(xué)家在研究提高材料的電學(xué)和熱血性能時(shí)，誤打誤撞研究出了一種史上最黑的材料，且該材料在各個(gè)角度吸收射入關(guān)都大于99.995%。不過科學(xué)家還沒有完全確定新材料為什么會(huì)這樣。那么，史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的應(yīng)用前景如何?

史上最黑材料誕生是什么情況?

麻省理工學(xué)院的科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)了一種“超黑”材料，比目前已知的最黑物質(zhì)要黑10倍。

科學(xué)家為了讓碳納米管在鋁表面生長(zhǎng)，研究團(tuán)隊(duì)把鋁箔浸泡在鹽溶液中，除去了表面的氧化層。

當(dāng)碳納米管在鋁表面生長(zhǎng)，產(chǎn)生的新材料的電學(xué)和熱學(xué)性能都有顯著提高。

更加出乎意料的是，其顏色非常黑：進(jìn)一步測(cè)量發(fā)現(xiàn)，這種材料可以吸收99.96%以上的入射光，成為有史以來最黑的材料。

什么是碳納米管?

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20 nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。

碳納米管的應(yīng)用前景如何?

碳納米管可以制成透明導(dǎo)電的薄膜，用以代替ITO(氧化銦錫)作為觸摸屏的材料。先前的技術(shù)中，科學(xué)家利用粉狀的碳納米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃襯底上，但是這樣的技術(shù)至今沒有進(jìn)入量產(chǎn)階段;目前可成功量產(chǎn)的是利用超順排碳納米管技術(shù);該技術(shù)是從一超順排碳納米管陣列中直接抽出薄膜，鋪在襯底上做成透明導(dǎo)電膜，就像從棉條中抽出紗線一樣。該技術(shù)的核心-超順排碳納米管陣列是由北京清華-富士康納米中心于2002年率先發(fā)現(xiàn)的新材料。

碳納米管觸摸屏首次于2007~2008年間成功被開發(fā)出，并由天津富納源創(chuàng)公司于2011年產(chǎn)業(yè)化，至今已有多款智慧型手機(jī)上使用碳納米管材料制成的觸摸屏。與現(xiàn)有的氧化銦錫(ITO)觸摸屏不同之處在于:氧化銦錫含有稀有金屬“銦”，碳納米管觸摸屏的原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳?xì)錃怏w，不受稀有礦產(chǎn)資源的限制;其次，鋪膜方法做出的碳納米管膜具有導(dǎo)電異向性，就像天然內(nèi)置的圖形，不需要光刻、蝕刻和水洗的制程，節(jié)省大量水電的使用，較為環(huán)保節(jié)能。工程師更開發(fā)出利用碳納米管導(dǎo)電異向性的定位技術(shù)，僅用一層碳納米管薄膜即可判斷觸摸點(diǎn)的X、Y座標(biāo);碳納米管觸摸屏還具有柔性、抗干擾、防水、耐敲擊與刮擦等特性，可以制做出曲面的觸摸屏，具有高度的潛力可應(yīng)用于穿戴式裝置、智慧家俱等產(chǎn)品。

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)、英國(guó)廣播公司2013年9月26日?qǐng)?bào)道，美國(guó)斯坦福大學(xué)的工程師在新一代電子設(shè)備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，首次采用碳納米管建造出計(jì)算機(jī)原型，比基于硅芯片模式的計(jì)算機(jī)更小、更快且更節(jié)能。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院電氣工程學(xué)院主任喬瓦尼·德·米凱利教授強(qiáng)調(diào)了這一世界性成就的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)貢獻(xiàn)：首先，將基于碳納米管電路的制造過程落實(shí)到位。其次，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的電路，表明使用碳納米管計(jì)算是可行的。下一代芯片設(shè)計(jì)研究聯(lián)盟、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校納雷什教授評(píng)價(jià)道，雖然碳納米管計(jì)算機(jī)可能還需要數(shù)年時(shí)間才趨于成熟，但這一突破已經(jīng)凸顯未來碳納米管半導(dǎo)體以產(chǎn)業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

氫氣被很多人視為未來的清潔能源。但是氫氣本身密度低，壓縮成液體儲(chǔ)存又十分不方便。碳納米管自身重量輕，具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為儲(chǔ)存氫氣的優(yōu)良容器，儲(chǔ)存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣的密度還高。適當(dāng)加熱，氫氣就可以慢慢釋放出來。研究人員正在試圖用碳納米管制作輕便的可攜帶式的儲(chǔ)氫容器。

在碳納米管的內(nèi)部可以填充金屬、氧化物等物質(zhì)，這樣碳納米管可以作為模具，首先用金屬等物質(zhì)灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細(xì)的納米尺度的導(dǎo)線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學(xué)器件或納米電子學(xué)器件中得到應(yīng)用。有些碳納米管本身還可以作為納米尺度的導(dǎo)線。這樣利用碳納米管或者相關(guān)技術(shù)制備的微型導(dǎo)線可以置于硅芯片上，用來生產(chǎn)更加復(fù)雜的電路。

利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增強(qiáng)的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對(duì)環(huán)境造成影響。碳納米管增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料強(qiáng)度高，抗沖擊性能好。碳納米管上由于存在五元環(huán)的缺陷，增強(qiáng)了反應(yīng)活性，在高溫和其他物質(zhì)存在的條件下，碳納米管容易在端面處打開，形成一個(gè)管子，極易被金屬浸潤(rùn)、和金屬形成金屬基復(fù)合材料。這樣的材料強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強(qiáng)。

碳納米管還給物理學(xué)家提供了研究毛細(xì)現(xiàn)象機(jī)理最細(xì)的毛細(xì)管，給化學(xué)家提供了進(jìn)行納米化學(xué)反應(yīng)最細(xì)的試管。碳納米管上極小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化，利用這一點(diǎn)，1999年，巴西和美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個(gè)病毒的質(zhì)量。隨后德國(guó)科學(xué)家研制出能稱量單個(gè)原子的“納米秤”。

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