1. Якостта е 100 пъти по-голяма от тази на стоманата, плътността само 1/6 - Механичен цар
Въглеродните нанотръби са едни от материалите с най-добри механични характеристики, откривани някога от човечеството. Якостта на опън е 100 пъти по-голяма от тази на стоманата, докато теглото е само 1/6 от това на стоманата - наистина „лека, но здрава“.
Въглеродните нанотръби са наричани "Кралят на новите материали", а техните механични свойства са най-впечатляващият "коз".
Според теоретичните изчисления якостта на въглеродните нанотръби е 100 пъти по-голяма от тази на стоманата, модулът на Юнг е почти 6 пъти по-голям от този на стоманата, а плътността е само 1/6 от тази на стоманата. Сравнение, цитирано в събрани материали от Китайската академия на науките, е още по-интуитивно: в сравнение със стомана с висока -якост ASTM A228, якостта на въглеродните нанотръби е 270 пъти по-голяма, а еластичността е около 5 пъти по-голяма.
| Индикатор за ефективност | Въглеродни нанотръби | Стомана |
|---|---|---|
| Якост на опън | 50-200 GPa | 0,4-1,5 GPa |
| Плътност | 1,3-1,6 g/cm³ | 7,9 g/cm³ |
| Съотношение-към-тегло | 100 пъти повече от стоманата | Базово ниво |
Още по-забележително е, че въглеродните нанотръби са „твърди, но не чупливи“. Когато са подложени на огромен външен натиск, въглеродните нанотръби могат да се огънат, извият или дори да се усукат, но не се счупват. Когато външната сила се освободи, те се връщат в първоначалната си форма. Тази комбинация от "силен + издръжлив" е изключително рядка в инженерните материали.
Ето защо учените предвиждат да използват въглеродни нанотръби за изграждането на „космически асансьор“ - това е единственият известен материал, който потенциално може да измине разстояние от 380 000 километра, без да бъде счупен от собственото си тегло.
2. Проводимостта е на второ място след свръхпроводниците - Electrical King
Електрическата проводимост на въглеродните нанотръби теоретично е на второ място след свръхпроводниците. Текущият-носещ капацитет е 1000 пъти по-голям от този на медта и те са единственият материал, който може да служи както като метал, така и като полупроводник.
„Кралската аура“ на въглеродните нанотръби се крие не само в „издържането“, но и в „бързото предаване“.
В въглеродните нанотръби въглеродните атоми са подредени в правилна шестоъгълна структура на пчелна пита. При тази структура ефектът на конюгиране е значителен, позволявайки на електроните да се освободят от 束缚 на отделните въглеродни атоми и да се движат свободно в по-голям диапазон. Теоретично електрическата проводимост на въглеродните нанотръби е на второ място след свръхпроводниците.
Казано с данни: текущата{0}}носеща способност на въглеродните нанотръби е 1000 пъти по-голяма от тази на медната тел.
По-важното е, че в зависимост от „ъгъла на търкаляне“ (хиралност), въглеродните нанотръби могат да бъдат или метални, или полупроводими - и дори различните части на една и съща тръба могат да проявяват различна проводимост. Те могат да служат както като проводници, така и като чипове, което прави потенциала им за приложение в областта на електрониката несравним.
Изследванията показват, че процесорите с въглеродни нанотръби работят 2 пъти по-бързо от силициевите процесори, като същевременно консумират само 1/3 от енергията. След като въглеродните нанотръби напълно заменят силиция, „Силиконовата долина“ може наистина да се наложи да промени името си.
3. Топлинната проводимост е 3-6 пъти по-голяма от тази на диаманта - Thermal King
Въглеродните нанотръби са едни от най-добрите топлопроводими материали, известни до момента, с теоретична топлопроводимост приблизително 3-6 пъти по-голяма от тази на диаманта.
Топлинната проводимост е ключов индикатор за определяне дали даден материал може да се използва в-мощни електронни устройства и термично управление на космически кораби.
Диамантът отдавна се смята за най-добрият естествен топлопроводник, но въглеродните нанотръби чупят този рекорд. Теоретично топлопроводимостта на въглеродните нанотръби е около 3-6 пъти по-голяма от тази на диаманта. Едностенна въглеродна нанотръба при стайна температура може да постигне топлопроводимост до 3500 W·m⁻¹·K⁻¹, надминавайки диаманта.
Въглеродните нанотръби могат бързо да провеждат топлина по дължината си. Тази характеристика на "насочена топлопроводимост" ги прави идеални материали за разсейване на топлината на чипове и термична защита на космически кораби.
4. Устойчив на киселини и алкали, устойчив на окисляване, може да абсорбира вълни - Химически и функционален крал
Въглеродните нанотръби имат отлична химическа стабилност, устойчивост на киселини и основи и окисление. Те могат също така ефективно да абсорбират микровълните, като се отличават със стелт материали, електромагнитно екраниране и други полета.
„Кралската аура“ на въглеродните нанотръби не се ограничава до механиката, електричеството и топлината - те също са много „издръжливи“.
Въглеродните нанотръби са химически стабилни, с киселинна и алкална устойчивост. Добавянето на въглеродни нанотръби към полимерни композити може да подобри киселинната устойчивост и устойчивостта на окисляване на самите материали, което ги прави подходящи за взискателни среди като космическото пространство, авиацията, националната отбрана и военни приложения.
Има и уникална функция "коз" - поглъщане на вълни. Благодарение на тяхната специална структура и диелектрични свойства, въглеродните нанотръби показват силно широколентово поглъщане на микровълни, което може да се използва в стелт материали, електромагнитни екраниращи материали и материали, абсорбиращи безехова камера. Това означава, че бъдещите стелт изтребители и оборудване за електромагнитна защита може да разчитат на този материал от "черно злато".
5. Вече обхваща Аерокосмически → Автомобили → Спортни стоки - Application King
Приложенията на въглеродните нанотръби вече се преместиха от „научна фантастика“ в реалност, обхващайки пазари за трилиони-юана, като аерокосмически, автомобилни, енергийни и спортни стоки, и се движат към индустриален мащаб от сто-милиарда-юана.
„Кралят на новите материали“ не „царува“ само в лабораторията. Областта на приложение на въглеродните нанотръби бързо се разширява.
Космонавтика:Композитите от въглеродна нанотръба/алуминиева матрица вече са използвани в междустепенните секции на ракетата Long March 12, постигайки лека и висока якост - наистина материал, който е „бил в космоса“.
Автомобилна индустрия:Подсилени с въглеродни нанотръби-полимерни композити са използвани в изпускателните системи и компонентите на каросерията. Намаляването на теглото на превозното средство с 25% може да намали потреблението на суров петрол с до 250 милиона барела годишно.
Спортни стоки:Въглеродните нанотръби навлязоха-в спортно оборудване от висок клас като тенис ракети, рамки за велосипеди и стикове за голф - по-леки, по-здрави и по-издръжливи.
Енергия/литиеви батерии:Като проводяща добавка, въглеродните нанотръби са широко използвани в индустрията на литиевите батерии, като търсенето нараства със сложен годишен темп на растеж от 40,8%.
От ракети до ракети, от батерии до стелт бойни самолети, въглеродните нанотръби се превръщат от „лабораторно чудо“ в „промишлен витамин“.
Shandong Tanfeng New Material: Индустриалният промотор на китайския „Крал на новите материали“
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. насърчава локализирането на въглеродни нанотръби с месечно производство от 200 тона, покриващи пълната гама от едно-стенни/много-стенни тръби и стратегически позиционирани в седем основни направления, включително нови енергийни превозни средства, аерокосмически и железопътен транспорт.
Въглеродните нанотръби се наричат „кралят на новите материали“, но „кралят“ също се нуждае от някой, който да го „покани“ от лабораторията на производствената линия.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. е точно такова предприятие. Компанията притежава повече от десет активни патента, свързани с въглеродни нанотръби и силициеви-въглеродни анодни материали. Продуктите му покриват пълната гама от едно-стенни въглеродни нанотръби, много-стенни въглеродни нанотръби, проводими пасти и силициеви-въглеродни анодни материали.
Продуктите от серията TF-400 на компанията са приложени в модифицирани подсилени материали с висока-проводимост и висока{3}}топлопроводимост, с отлична устойчивост на топлина и корозия. Tanfeng New Material тласка „краля на новите материали“ към по-широко индустриално бойно поле със силата на китайското производство.
Резюме от-изречение:Въглеродните нанотръби се наричат "Кралят на новите материали" не защото се отличават с едно конкретно свойство, а защото едновременно притежават пет "козове": най-силни, най-проводими, най-добър пренос на топлина, най-стабилни и най-широко приложение.
От откриването на въглеродните нанотръби от японския учен Сумио Ииджима през 1991 г., до използването им за намаляване на теглото на ракетата Long March 12, до месечното производство на Shandong Tanfeng New Material от 200 тона, насърчаващо локализацията - въглеродните нанотръби се оттеглят от трона на „Краля на материалите“ и навлизат във всяка индустриална област, която трябва да бъде „по-силна, по-лека и по-бързо." Това е истинската причина, поради която те заслужават титлата "крал".