המאפיינים הבולטים של צינורות פחמן
הסיבה לכך שננו -צינורות פחמן משכו תשומת לב כה רבה היא שיש להם סדרה של תכונות פיזיקליות וכימיות מדהימות:
חוזק מכני גבוה במיוחד:חוזק המתיחה התיאורטי יכול להגיע פי 100 מזה של הפלדה, ואילו הצפיפות היא רק 1/6 מזה של פלדה .
מוליכות חשמלית מעולה:התכונות החשמליות של צינורות פחמן מסוימים עדיפים על אלה של נחושת, והם יכולים להתמודד עם צפיפות זרם גבוהה במיוחד .
מוליכות תרמית מעולה:המוליכות התרמית הצירית עדיפה בהרבה על זו של מרבית המתכות, מה שהופך אותה למתאימה לשימוש כחומר פיזור חום יעיל .
שטח פנים גדול במיוחד:שטח הפנים של צינור פחמן יחיד יכול לעלות על 1000 מ"ר, מה שהופך אותו לספיחה אידיאלית ומוביל קטליטי .
השיטות להכנת צינורות פחמן
נכון לעכשיו, השיטות העיקריות לייצור תעשייתי של צינורות פחמן כוללות:
שיטת פריקת קשת:על ידי שימוש בקשת חשמלית במתח גבוה כדי לאדות גרפיט, היא מתאימה להכנת צינורות פחמן רב-קירות באיכות גבוהה, אך הפלט נמוך יחסית .
תצהיר אדי כימי (CVD):שיטה זו כוללת פירוק של גזים המכילים פחמן על פני זרז לגידול צינורות פחמן . זה כרגע שיטת הייצור התעשייתית הנפוצה ביותר .
שיטת אבלציה בלייזר: על ידי שימוש בלייזר אנרגיה גבוהה כדי להפציץ את יעד הגרפיט, ניתן לייצר צינורות פחמן חד-קירות בעלי קירות יחיד, אך העלות גבוהה יחסית .
יישומים של צינורות פחמן
1. חומרים מורכבים בעלי ביצועים גבוהים
בשדות כמו ייצור תעופה וחלל וייצור רכב, צינורות פחמן משמשים כחומרים חיזוקים, ומשפרים משמעותית את הכוח, הקשיחות והתכונות הקלות של חומרים מורכבים ., למשל, חומרים פולימריים עם כמות קטנה של צינורות פחמן יכולים להיות משופרים על פי מספר פעמים {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}
2. מכשירי אלקטרוניקה ומוליכים למחצה
ניתן להשתמש בצינורות פחמן לייצור טרנזיסטורים בעלי ביצועים גבוהים, תצוגות וחיישנים גמישים . בגלל תכונות המוליכים למחצה של כמה צינורות פחמן, הם צפויים להפוך לחומר הליבה לדור הבא של השבבים, תוך פריצת גבולות פיזיים של מוליכי סיליקון מבוססי סיליקון {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}.
3. אחסון והמרת אנרגיה
בסוללות ליתיום-יון, צינורות פחמן, כתוספים מוליכים, יכולים לשפר את המוליכות ואת חיי המחזור של האלקטרודות . יתר על כן, הם גם מדגימים פוטנציאל רב בקרב קפיצי-על, תאי דלק ותאים סולאריים.
4. יישומים ביו -רפואיים
ניתן להשתמש בצינורות פחמן למסירת תרופות ממוקדות, הדמיה ביולוגית ותיקון עצבים . למשל, צינורות פחמן פונקציונליים יכולים לשאת תרופות נגד סרטן ישירות לאתר הגידול, ולשפר את יעילות הטיפול תוך הפחתת תופעות לוואי {}}
סטטוס שוק ומגמות פיתוח
שוק הננו -צינורות הפחמן העולמי חווה צמיחה מהירה, כאשר גודל השוק החזוי עולה על 50 מיליארד דולר אמריקאי על ידי 2030. נכון לעכשיו, סוכני מוליכות סוללות ליתיום הם תחום היישומים הגדול ביותר, ובעתיד, הביקוש במוליכים למחצה, חלל ושדות ביו -רפואיים יתרחב עוד יותר .
אתגרים וסיכויים עתידיים
למרות שצינורות הפחמן יש עתיד מבטיח, הם עדיין עומדים בפני אתגרים מסוימים, כגון בקרת עלויות לייצור בקנה מידה גדול, בעיות פיזור והערכת בטיחות לטווח הארוך {}}} בעתיד, עם קידום ההכנה, ואף טכנולוגיות הפחמן צפויות ליישם באופן מסחרי בשדות נוספים ואולי גם להניע את ההפכה הטכנולוגית של הפחמן הבאים.