Meerwandige carbon nanobuisarrays

Als eendimensionaal Dirac-materiaal hebben koolstofnanobuisjes nul effectieve massa voor elektronen en gaten, waardoor hun draagmobiliteit zo hoog is als 100.000 cm2/(V · s). Veldeffecttransistors gemaakt van koolstofnanobuisjes vertonen ideale ballistische transportkenmerken en hebben...

• 
• 
• 
• 
• 
• 

Als eendimensionaal Dirac-materiaal hebben koolstofnanobuisjes nul effectieve massa voor elektronen en gaten, waardoor hun draagmobiliteit zo hoog is als 100.000 cm2/(V · s). Veldeffecttransistors gemaakt van koolstofnanobuisjes vertonen ideale ballistische transportkenmerken en zijn met verschillende ordes van grootte verbeterd in vergelijking met op silicium gebaseerde metaaloxide-halfgeleider (MOS) transistors in termen van bestand zijn tegen stroomdichtheid, schakelsnelheid, schakelverhouding, mobiliteit en andere indicatoren. Juist vanwege deze uitstekende elektrische eigenschappen zijn koolstofnanobuisjes ideale kandidaat-materialen geworden in hoogwaardige halfgeleidervelden zoals geïntegreerde schakelingen, opto-elektronische apparaten en slimme opslag. Naast elektrische eigenschappen hebben de thermische en mechanische prestatie-indicatoren van koolstofnanobuisjes ook de grenzen van bestaande materialen bereikt. Vanwege het micron-niveau fonon gemiddelde vrije pad, kan de thermische geleidbaarheid van koolstofnanobuisjes 6600 W/(m · K) bereiken, en ze hebben ook uitstekende interfase warmteoverdrachtsprestaties, die voldoende warmtedissipatie-intensiteit kan bieden voor elektronische apparaten met een hoge vermogensdichtheid. In termen van mechanische eigenschappen hebben koolstofnanobuisjes de kenmerken van supersterkte, supermodulus en supertaaiheid: de treksterkte van een enkele koolstofnanobuis kan 100 GPa bereiken, de Young-modulus bereikt 1 TPa en de breukspanning is zo hoog als 17%. De bundels gemaakt van koolstofnanobuisjes met een perfecte structuur kunnen ook vergelijkbare mechanische indicatoren behouden.

Daarom hebben koolstofnanobuisjes ook brede toepassingsvooruitzichten op het gebied van supersterke vezels, ruimtevaart en militaire productie. Als een eendimensionaal nanomateriaal met een zeer hoge aspectverhouding, hebben koolstofnanobuisjes slechts een kleine hoeveelheid toevoeging nodig om de percolatiedrempel in composietmaterialen te bereiken, waardoor de thermische en elektrische geleidbaarheid van het composietnetwerk aanzienlijk wordt verbeterd en grote voordelen worden getoond in toepassingen zoals transparante geleidende films en elektrische verwarmingsinrichtingen.

Echter, Voor de toepassing van koolstofnanobuisjes in geavanceerde velden zoals op koolstof gebaseerde halfgeleiders, supersterke vezels en transparante geleidende films, de belangrijkste uitdaging op dit moment is dat het nog steeds onmogelijk is om een nauwkeurige controle van de koolstofnanobuisstructuur in volledige zin te bereiken, vooral de controleerbare voorbereiding van defectvrije structuren van macroscopische lengtes, De zeer selectieve bereiding van koolstofbuizen van het halfgeleidertype en de massaproductie van macroscopische koolstofnanobuisjes.

Als speciaal kristallijn materiaal zal de aanwezigheid van structurele defecten in koolstofnanobuisjes ervoor zorgen dat de macroscopische prestaties sterk dalen. In vergelijking met andere soorten koolstofnanobuisjes zijn horizontale reeksen koolstofnanobuisjes gemakkelijker te verkrijgen met relatief perfecte structuren en macroscopische lengtes omdat ze een vrij groeipatroon volgen op een vlak substraat. Bovendien hebben velden zoals halfgeleiderchips hogere eisen gesteld aan de structurele selectiviteit van koolstofnanobuisjes. Koolstofnanobuisjes die worden gebruikt om halfgeleiderchips te bereiden, vereisen bijvoorbeeld een extreem hoge selectiviteit van koolstofnanobuisjes van het halfgeleidertype, zeer uniforme buisdiameters en een hoge array-dichtheid. De bereiding van supersterke koolstofnanobuisvezels vereist dat de koolstofbuismonomeren macroscopische lengtes en bijna perfecte structuren hebben.

• Vorige: CNT-array
• Volgende: Koolstof nanobuis geleidende pasta