卷起石墨烯万能碳纳米管或改变未来相关技术不断取得突破

卷起石墨烯万能碳纳米管或改变未来

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碳纳米管发现30年来，我国的研究水平基本与世界先进水平保持同步，在某些领域处于世界领先地位。碳纳米管导电剂改变了我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面，碳纳米管薄膜已成功应用于高端户外保暖服装和医疗康复行业，还开发了基于半导体碳纳米管和显示器背板驱动器件的集成电路.

最近几天，国内最大的碳纳米管制造商江苏天奈科技有限公司发布公告称，预计2021年上半年实现净利润1.1—1.5亿元，同比增长235.41%—357.37%业绩的快速增长归功于公司研发的碳纳米管导电剂，改变了我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面自发现以来，碳纳米管引起了世界范围内的研究热潮最近几年来，世界加速了碳纳米管技术的挖掘方式，相关技术不断取得突破

长度为米，直径为纳米的管子

作为生命最重要的元素，碳在生命进化和能源供应中一直发挥着重要作用1985年，具有足球结构的C60一经发现就引起了全世界的关注1991年，日本物理学家饭岛正弘在电弧法制备的碳材料中观察到碳纳米管，开启了碳纳米管研究的热潮

从结构上看，碳纳米管在视觉上可以看作是单层或多层石墨烯无缝卷曲而成的空心管状结构中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员李清文告诉《科技日报》记者

碳纳米管就像一根细长的头发，它的长度可以达到米，但它的直径可以小到纳米如此细长的纳米管状结构是如何制备的

饭岛正男首次发现的碳纳米管是用电弧放电法制备的目前，碳纳米管的制备方法很多，如激光烧蚀，化学气相沉积，固相热解等其中，化学气相沉积法因其成本低，可控性好，易于大规模制备而得到广泛应用

李清文说，用化学气相沉积法制备碳纳米管时，碳原子在催化剂表面被吸附，扩散，溶解和饱和，然后沉淀形成碳纳米管催化剂作为碳纳米管的成核和生长场所，对碳纳米管的直径，壁数和手性起着决定性的作用催化剂结构的设计和生长条件的调控是实现碳纳米管可控生长的重要途径

碳纳米管作为纳米碳材料家族的重要成员，以其优异的力学，电学和热学性能被誉为通用衬底，在结构与功能集成复合材料，电池电极，集成电路，传感器件，电加热器件等领域具有巨大的应用前景。

1996年诺贝尔化学奖获得者，富勒烯的发现者斯马利认为，碳纳米管是人类能制造的最强，最硬，最坚硬的材料，也是热和电的最佳导体。

碳纳米管的强度是同体积钢的100倍，但重量只有钢的1/6—1/7李清文解释说，碳纳米管的长径比超过106，所以它也被称为超级纤维

碳纳米管的独特之处在于其特殊的电学性质根据其不同的结构，碳纳米管可以表现出金属和半导体的性质，这为开发新的电子器件奠定了基础

中国的研究达到了世界先进水平

碳纳米管的研究已经进行了30年李清文认为，中国科学家对碳纳米管的研究水平基本与世界先进水平保持同步，在某些领域处于世界领先水平

在碳纳米管的基础研究方面，北京大学张进团队和李燕团队在导电可控碳纳米管的合成和单手碳纳米管的合成与分离方面做出了重要贡献。彭练矛北京大学

苏州纳米研究院作为我国纳米材料研究的国家级团队，自2007年开始开展碳纳米管可控制备和前沿应用的研究工作，发表了300多篇高水平论文，在电子级单壁碳纳米管的分离，碳纳米管纤维和薄膜的规模化制备，碳纳米管复合材料以及能源器件的应用等方面取得了许多重大成果。

2013年，世界上最小的以平行排列的单壁碳纳米管为主要成分的计算机诞生了近两年来，碳纳米管电子器件的性能和尺寸一再被突破

如何获得高纯度，高质量的半导体单壁碳纳米管是电子应用的前提。

李清文告诉记者，她带领的团队在2018年实现了纯度大于99.99%的半导体单壁碳纳米管的高浓度分离和部分单手碳纳米管的高效筛选在此基础上，他们与国内其他高校合作，实现了基于半导体碳纳米管的集成电路和显示背板驱动器的开发

与传统的高性能纤维和薄膜材料相比，被称为超级纤维的碳纳米管具有优异的柔韧性，导电性和导热性。

经过多年的研究，李清文团队实现了万平方米规模的碳纳米管纤维的连续制备。

同时，苏州纳米研究院的研究人员利用高度取向的碳纳米管薄膜，开发出碳纳米管含量超过60%的新型碳纳米管复合材料，其强度是碳纤维复合材料的两倍以上，开发了碳纳米管薄膜电热固化新技术，有望为复合材料在线修复和机翼除冰带来新的设计策略。

碳纳米管的研究成果正在加速

被称为黑金的碳纳米管被科学家预言，有望成为彻底改变21世纪的神奇材料之一。

作为中国目前的碳纳米

管的龙头企业，天奈科技成功开发了一种独特的催化反应工艺，实现了碳纳米管的连续化生产，生产能力可达千吨级近两年，天奈科技的碳纳米管导电剂产品出货量和销售额均居行业首位，一改我国锂电池企业导电剂依赖进口的局面

锂电池导电剂的利用，只是碳纳米管产业化的冰山一角。

作为国家战略新兴材料，碳纳米管材料在导电塑料，轻质高强复合材料，宽频段轻质电磁屏蔽，冲击防护，智能材料，电子器件等方面也具有广泛的应用其中基于碳纳米管的加热膜，导电塑料，复合材料等材料的市场前景也越来越好

我们在加强前沿探索的同时，积极开展碳纳米管的应用研发，发展出轻量化碳纳米管/金属复合导线技术，以及卫星用轻质电缆开发的碳纳米管加热保暖服装已获得多家国际品牌使用，成为冬奥会产品之一李清文说基于该团队的技术，苏州捷迪纳米科技有限公司实现了碳纳米管薄膜的产业化，产能达10万平方米/年，成功开拓了该产品在高端户外保暖服以及医疗康复等方面的应用

碳纳米管作为一种新兴材料，未来还可能拓展应用于导电塑料，半导体器件，轻质高强复合材料，宽频段轻质电磁屏蔽，冲击防护，智能器件等领域，并有望给这些领域带来变革性的发展李清文说

本报记者 张 晔