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《闪光纳米管：长纳米管是优秀的热导体》

  • 来源专题：纳米科技
  • 编译者： yanyf@mail.las.ac.cn
  • 发布时间：2017-04-07

  • 根据台湾物理学家的观点，单壁碳纳米管（SWCNTs）的导热系数随其长度的增加而增加。碳纳米管具有只有一个原子厚的壁，其热传导在微观尺度上随着长度增加。 这种情况与傅立叶热传导定律相矛盾，即热导率是与样品形状无关的固有材料特性。

    计算表明，无缺陷SWCNTs的导热系数将增加到毫米长度，但是长期SWCNT的电导率计算和测量非常困难。 现在，台北台北大学的李维伟和他的同事也提出了一种测量长度在4?1.039毫米之间的SWCNT的导热率的方法。

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  • 《奇特的纳米管以不那么神秘的方式移动》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-06-04
    • 根据莱斯大学科学家发现的观察氮化硼纳米管在液体中移动的方法，氮化硼纳米管一点也不枯燥。 研究人员研究氮化硼纳米管(BNNTs)的实时动态的方法使他们第一次证实了BNNTs在求解过程中的布朗运动与预测相符，而且就像类似尺寸的碳纳米管一样，它们仍然是刚性的。 BNNTs对可见光几乎透明，抗氧化，是稳定的半导体，是优秀的导热体，这些特性和其他特性使它们可以作为复合材料或生物医学研究的材料，以及其他应用。这项研究将帮助科学家更好地理解粒子在液晶、凝胶和聚合物网络中的行为。 水稻科学家Matteo Pasquali和Angel Marti以及研究生、第一作者Ashleigh Smith McWilliams通过将单个BNNTs与荧光罗丹明表面活性剂结合分离得到。 这使得研究人员可以展示他们的布朗运动——粒子在流体中随机运动的方式，就像空气中的灰尘一样——和碳纳米管一样，因此它们在流体中也会有类似的行为。这意味着BNNTs可以在液相处理中用于薄膜、纤维和复合材料的大规模生产。 “BNNTs在荧光显微镜下是典型的看不见的，”Marti说。“然而，当它们被荧光表面活性剂覆盖时，就很容易被视为移动的小棒。”BNNTs比一根头发还要细一百万倍。理解这些纳米结构如何在溶液中移动和扩散的基本水平对于制造具有特定和期望的性能的材料非常重要。” 新的数据来自在赖斯进行的实验，并发表在《物理化学杂志B》上。 理解剪切如何帮助纳米管排列已经在帕斯夸里实验室的导电碳纳米管纤维、薄膜和涂层的开发中获得了回报，已经在材料和医学研究领域掀起了波澜。 Pasquali说:“BNNTs是被忽视的碳纳米管的表亲。”他们是在几年后被发现的，但却花了很长时间才开始发展，因为碳纳米管占据了大部分的焦点。 他说:“既然BNNT的合成已经取得了进展，我们也了解了它们的基本流体行为，那么研究人员就可以更快地应用BNNT了。”“例如，我们可以制造热传导但电绝缘的纤维和涂层，这是非常罕见的，因为电绝缘体的导热性很差。” 不像碳纳米管发射低能量的近红外光，在显微镜下更容易被发现，Rice团队必须修改多壁BNNTs使其既分散又可见。罗丹明分子与长脂肪链结合，达到了这个目的，附着在纳米管上，使它们保持分离，并允许它们位于玻璃片之间，玻璃片之间的距离仅够让它们自由移动。罗丹明标签可以让研究人员跟踪单纳米管长达5分钟。 “我们需要能够在相对较长的时间内可视化纳米管，这样我们就可以精确地模拟它的运动，”史密斯·麦克威廉姆斯说。“由于罗丹明标签与BNNT表面协调不太可能光漂白(或变暗)比那些在溶液中游离的，BNNT在黑暗背景下出现明亮的荧光信号，你可以在视频中看到。这帮助我在整个视频中保持纳米管的焦距，并使我们的代码能够精确地跟踪纳米管的运动。”
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  • 《碳纳米管：个性十足的神奇材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者：guokm
    • 发布时间：2018-07-27
    • 　　近日，中国科学技术大学化学与材料学院杜平武教授课题组，首次利用纳米管稠环封端“帽子”模板，构建出纵向切割的纳米管弯曲片段。这种通过三个弯曲型分子连接两个石墨烯单元的方法，可直接得到纳米笼状结构，为构建封端锯齿型碳纳米管提供了新思路。相关研究成果发表在最新一期《德国应用化学》上。 　　无独有偶。几乎在同时，以研制出世界上第一颗原子弹而闻名于世的洛斯阿拉莫斯实验室的研究人员，使用功能化碳纳米管生产出首个能在室温下使用通信波长发射单光子的碳纳米管材料。神奇材料碳纳米管，为何如此受各国科学家追捧？ 　　空间结构像“挖空的足球” 　　1985年，“足球”结构的C60一经发现即吸引了全世界的目光。将“足球”挖空，保持表面的五角和六角网格结构，再沿着一个方向扩展六角网格，并赋予平面网格以碳—碳原子和共价键，就形成了具有中空圆柱状结构的碳纳米管。 　　碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。其主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，层与层之间保持固定的距离，约0.34纳米，直径一般为2—20纳米。 　　“可以将碳纳米管联想为头发丝，而实际上它的直径只有头发丝的几万分之一，即几万根碳纳米管并排起来才与一根头发丝相当。”杜平武教授告诉科技日报记者，作为典型的一维纳米结构，单层碳原子和多层碳原子网格卷曲而成的单壁与多壁碳纳米管，直径通常为0.8—2纳米和5—20纳米，目前报道的最细碳纳米管直径可小至0.4纳米。 　　杜平武告诉记者，碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。若依其结构特征，碳纳米管则可分为扶手椅形纳米管和锯齿形纳米管等几种类型。 　　制备方法是挑战 　　“通常的碳纳米管制备方法主要有电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。”杜平武告诉记者，电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现的碳纳米管。“这种方法比较简单，但很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层碳纳米管。” 　　“随后科研人员又发展出了化学气相沉积法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷，得到的碳纳米管纯度比较高，但管径不整齐，形状不规则。”杜平武说，后续逐步发展起来的固相热解法等，均受限于环境和条件。 　　“碳纳米管的制备过程与有机合成反应类似，其副反应复杂多样，很难保证同一炉碳纳米管均为扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管。”杜平武说，在强酸、超声波作用下，碳纳米管可以先断裂为几段，再在一定纳米尺度催化剂颗粒作用下增殖延伸，而延伸后所得的碳纳米管与模板的卷曲方式相同。 　　“如果通过类似于DNA扩增的方式对碳纳米管进行增殖，那么只需找到少量的扶手椅形纳米管或锯齿形纳米管，便可在短时间内复制、扩增出数量几百万倍于模板数量的、同类型的碳纳米管。”杜平武说，这可能会成为制备高纯度碳纳米管的新方式。 　　性能及尺寸超越硅基材料 　　“碳纳米管具有完美的一维管式结构，碳原子以碳—碳共价键结合，形成自然界中最强的化学键之一，因此轴向具有很高的强度和韧性。此外六角平面蜂窝结构围成的管壁侧面没有悬挂键，所以碳纳米管具有稳定的化学特性。”杜平武说，碳纳米管优异的性能表现在电学、热学和光学等方面，具有超越传统的导电、导热特性等等。 　　2013年，斯坦福大学科学家制备了由平行排列的单壁碳纳米管为主要元器件的世界上最小“计算机”。近两年，碳纳米管电子器件的性能及尺寸又一次次被突破，势在超越并最终取代目前商用的硅基器件。 　　碳纳米管还可以制成透明导电的薄膜，用作触摸屏的替代材料。且原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体，不受稀有矿产资源的限制。碳纳米管触摸屏具有柔性、抗干扰、防水、耐敲击与刮擦等特性，可以做成曲面，已在可穿戴装置、智能家具等领域得到应用。 　　碳纳米管还给物理学家提供了研究毛细现象的最细毛细管，给化学家提供了进行纳米化学反应的最细试管，科学家甚至研制出能称量单个原子的“纳米秤”。“我国在碳纳米管材料的基础研究方面处于领先地位，结构均一性的控制方法和理论不断创新，控制指标也逐年刷新。”杜平武说。
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