1. A szilárdság 100-szorosa az acélnak, a sűrűség csak 1/6 - mechanikus király
A szén nanocsövek az emberiség által valaha felfedezett egyik legjobb mechanikai teljesítményű anyag. A szakítószilárdság 100-szorosa az acélénak, míg a súlya csak 1/6-a az acélénak - valóban „könnyű, mégis erős”.
A szén nanocsöveket az "új anyagok királyának" nevezik, és mechanikai tulajdonságaik a leglenyűgözőbb "ütőkártya".
Elméleti számítások szerint a szén nanocsövek szilárdsága 100-szorosa az acélénak, a Young modulusa közel hatszorosa az acélénak, a sűrűsége pedig csak 1/6-a az acélénak. A Kínai Tudományos Akadémia összeállított anyagaiban idézett összehasonlítás még intuitívabb: az ASTM A228 nagyszilárdságú acélhoz képest a szén nanocsövek szilárdsága 270-szer nagyobb, a rugalmasság pedig körülbelül 5-ször nagyobb.
| Teljesítménymutató | Szén nanocsövek | Acél |
|---|---|---|
| Szakítószilárdság | 50-200 GPa | 0,4-1,5 GPa |
| Sűrűség | 1,3-1,6 g/cm³ | 7,9 g/cm³ |
| Erősség-/-súly aránya | 100-szorosa az acélénak | Alapvonal |
Még ennél is figyelemreméltóbb, hogy a szén nanocsövek "kemények, de nem törékenyek". Ha hatalmas külső nyomásnak vannak kitéve, a szén nanocsövek meghajolhatnak, felkunkorodhatnak vagy akár meg is csavarodhatnak, de nem törnek el. A külső erő felszabadulásakor visszaállnak eredeti formájukba. Ez az "erős + kemény" kombináció rendkívül ritka a mérnöki anyagokban.
Ez az oka annak is, hogy a tudósok szén nanocsöveket képzelnek el egy "űrlift" megépítésére - ez az egyetlen jelenleg ismert anyag, amely 380 000 kilométeres távolságot képes megtenni anélkül, hogy saját súlya megtörné.
2. A vezetőképesség a második helyen áll a szupravezetők után - Elektromos király
A szén nanocsövek elektromos vezetőképessége elméletileg a második a szupravezetők után. Jelenlegi teherbíró képességük-1000-szerese a réznek, és ez az egyetlen anyag, amely fémként és félvezetőként is szolgálhat.
A szén nanocsövek "királyi aurája" nemcsak a "tűrésben", hanem a "gyors átvitelben" is rejlik.
A szén nanocsövekben a szénatomok szabályos hatszögletű méhsejt szerkezetben helyezkednek el. Ebben a szerkezetben a konjugációs hatás jelentős, lehetővé téve az elektronok számára, hogy kiszabaduljanak az egyes szénatomok áramlásából, és szabadon mozogjanak egy nagyobb tartományban. Elméletileg a szén nanocsövek elektromos vezetőképessége a második a szupravezetők után.
Adatokkal kifejezve: a szén nanocsövek jelenlegi teherbírása 1000-szerese a rézhuzalénak.
Ennél is fontosabb, hogy a „gördülési szögtől” (kiralitástól) függően a szén nanocsövek lehetnek fémesek vagy félvezetők -, és még ugyanazon cső különböző részei is eltérő vezetőképességet mutathatnak. Vezetékként és chipként is szolgálhatnak, így az elektronikai területen páratlan alkalmazási potenciáljuk van.
A kutatások azt mutatják, hogy a szén nanocsöves processzorok kétszer gyorsabban futnak, mint a szilícium processzorok, miközben csak az energia 1/3-át fogyasztják. Amint a szén nanocsövek teljesen felváltják a szilíciumot, a "Szilícium-völgy"-nek valóban meg kell változtatnia a nevét.
3. A hővezető képesség 3-6-szorosa a gyémánténak – Thermal King
A szén nanocsövek a mai napig ismert egyik legjobb hővezető anyag, elméleti hővezető képességük körülbelül 3-6-szorosa a gyémánténak.
A hővezető képesség kulcsfontosságú mutató annak meghatározásához, hogy egy anyag felhasználható-e nagy teljesítményű{0}}elektronikai eszközökben és űrhajók hőkezelésében.
A gyémántot régóta a legjobb természetes hővezetőnek tartják, de a szén nanocsövek megdöntik ezt a rekordot. Elméletileg a szén nanocsövek hővezető képessége körülbelül 3-6-szorosa a gyémánténak. Egy egyfalú szén nanocső szobahőmérsékleten akár 3500 W·m⁻¹·K⁻¹ hővezető képességet is elérhet, ami meghaladja a gyémántot.
A szén nanocsövek hosszuk mentén gyorsan képesek hőt vezetni. Ez az "irányított hővezetési" tulajdonság ideális anyagokká teszi őket a forgács hőelvezetéséhez és az űrhajók hővédelméhez.
4. Sav- és lúgálló, oxidációálló, hullámokat képes elnyelni - Kémiai és funkcionális király
A szén nanocsövek kiváló kémiai stabilitással rendelkeznek, ellenállnak a savaknak, lúgoknak és az oxidációnak. Hatékonyan képesek elnyelni a mikrohullámokat is, megkülönböztetve magukat a rejtett anyagokban, az elektromágneses árnyékolásban és más területeken.
A szén nanocsövek „királyi aurája” nem korlátozódik a mechanikára, az elektromosságra és a hőre, - emellett nagyon „tartósak”.
A szén nanocsövek kémiailag stabilak, sav- és lúgállóak. A szén nanocsövek polimer kompozitokhoz való hozzáadása javíthatja maguknak az anyagoknak a savállóságát és oxidációval szembeni ellenálló képességét, így alkalmassá válik olyan igényes környezetekre, mint a repülés, a repülés, a honvédelem és a katonai alkalmazások.
Van egy egyedülálló "ütőkártya" funkció is, - hullámelnyelés. Különleges szerkezetüknek és dielektromos tulajdonságaiknak köszönhetően a szén nanocsövek erős szélessávú mikrohullámú abszorpciós teljesítményt mutatnak, amely felhasználható lopakodó anyagokban, elektromágneses árnyékoló anyagokban és visszhangmentes kamrában elnyelő anyagokban. Ez azt jelenti, hogy a jövőbeni lopakodó vadászrepülőgépek és elektromágneses védelmi berendezések támaszkodhatnak erre a "fekete arany" anyagra.
5. Már vonatkozik az űrrepülés → Autóipar → Sportszerek - Alkalmazáskirályra
A szénnanocsövek alkalmazásai már a „sci-fi”-ből a valóságba mozdultak el, és ezermilliárd-jüanos piacokat ölelnek fel, mint például a repülőgépgyártás, az autóipar, az energiaipar és a sportszerek, és a száz-milliárd-jüanos ipari méretek felé haladnak.
Az "új anyagok királya" nem csak a laboratóriumban "uralkodik". A szén nanocsövek alkalmazási köre gyorsan bővül.
Repülőgép:Szén nanocső/alumínium mátrix kompozitokat már használtak a Long March 12 rakéta szakaszközi szakaszaiban, így könnyű és nagy szilárdságú - valóban olyan anyag, amely "járt az űrben".
Autóipar:Szén nanocsővel{0}}erősített polimer kompozitokat használtak kipufogórendszerekben és karosszériaelemekben. A járművek tömegének 25%-os csökkentése akár évi 250 millió hordóval is csökkentheti a kőolajfogyasztást.
Sportszerek:A szén nanocsövek könnyebbek, erősebbek és tartósabbak -az olyan csúcskategóriás sporteszközökben, mint a teniszütők, kerékpárvázak és golfütők -.
Energia/lítium akkumulátorok:Vezetőképes adalékként a szén nanocsöveket széles körben alkalmazzák a lítium akkumulátor iparban, a kereslet 40,8%-os éves növekedési ütem mellett nő.
A rakétáktól az ütőkig, az akkumulátoroktól a lopakodó vadászgépekig a szén nanocsövek „laboratóriumi csodából” „ipari vitaminokká” alakulnak.
Shandong Tanfeng új anyag: Kína "új anyagok királyának" ipari támogatója
A Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. a szén nanocsövek lokalizálását népszerűsíti, havi 200 tonnás termeléssel, amely lefedi az egy-falú/több{4}}falú csövek teljes skáláját, és hét fő irányban helyezkedik el, ideértve az új energetikai járműveket, a repülést és a vasúti tranzitot.
A szén nanocsöveket az "új anyagok királyának" nevezik, de a "királynak" is szüksége van valakire, aki "meghívja" a laboratóriumból a gyártósorra.
A Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. pontosan egy ilyen vállalkozás. A vállalat több mint tíz aktív szabadalommal rendelkezik szén nanocsövekkel és szilícium-szén anód anyagokkal kapcsolatban. Termékei lefedik az egy-falú szén nanocsövek, a több-falú szén nanocsövek, a vezető paszták és a szilícium-szén anód anyagok teljes skáláját.
A cég TF-400-as sorozatú termékeit módosított, nagy-vezetőképességű és nagy-hővezetőképességű megerősített anyagokban alkalmazták, amelyek kiváló hő- és korrózióállósággal rendelkeznek. A Tanfeng New Material a kínai gyártás erejével egy szélesebb ipari csatatér felé tereli az "új anyagok királyát".
Egy-mondat összefoglalása:A szén nanocsöveket nem azért nevezik az „új anyagok királyának”, mert egy adott tulajdonságban kiemelkedőek, hanem azért, mert egyszerre öt „ütőkártyával” rendelkeznek: a legerősebb, legvezetőbb, legjobb hőátadó, legstabilabb és legszélesebb körben alkalmazható.
A szén nanocsövek Sumio Iijima japán tudós 1991-es felfedezésétől a Long March 12 rakéta súlycsökkentésében való felhasználásáig, a Shandong Tanfeng New Material havi 200 tonnás termeléséig, amely elősegíti a lokalizációt - szén nanocsövek lépnek le az „Anyagok Királya” trónjáról, aminek „minden gyorsabb és erősebb ipari területnek szüksége van.” Ez az igazi oka annak, hogy megérdemlik a "Király" címet.