由于材料的獨特特性，碳納米管在科學(xué)研究和商業(yè)應(yīng)用中都引起了極大的興趣。卡爾斯塔德大學(xué)的一篇新論文著眼于原子結(jié)構(gòu)如何影響材料的不同特性。

“目前，碳納米管的測量標(biāo)準(zhǔn)太少，也沒有適當(dāng)?shù)姆诸愊到y(tǒng)， ”剛剛發(fā)表論文的物理學(xué)博士馬蒂亞斯·弗萊格 (Mattias Flygare) 說。我研究了結(jié)晶度對不同特性的影響，例如管的彎曲剛度和導(dǎo)電性。

眾所周知，如果管子具有完美的原子結(jié)構(gòu)，這些特性將非常出色;然而，這在現(xiàn)實中很少見。相反，研究人員觀察到管壁由各種具有良好原子結(jié)構(gòu)的大“顆粒”拼湊而成。這些微晶晶粒的尺寸以及其他缺陷賦予了材料不同的特性。

碳納米管是由碳原子組成的非常薄且輕的中空管，其壁只有一個原子厚。管壁就像一張卷成圓柱體的石墨片，六邊形圖案形成了片材。由于其獨特的機(jī)械、電學(xué)和熱學(xué)特性，碳納米管為科學(xué)研究和工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用提供了巨大的潛力，例如在復(fù)合材料行業(yè)，但使用領(lǐng)域比這更廣泛。

完美圖案的顆粒

“我研究了原子結(jié)構(gòu)中不同的不規(guī)則性對材料特性的影響程度，”Mattias Flygare 說。為了研究原子結(jié)構(gòu)，我使用了我們的透射電子顯微鏡在卡爾斯塔德大學(xué)。顯微鏡使用電子束而不是可見光來分析材料，這使得可以在納米級(即十億分之一米)觀察管子，這非常小。例如，我的研究表明，特性對管壁內(nèi)原子的順序和周期性的依賴性并不總是完全線性的，在某些臨界點上，只要稍微增加結(jié)晶度就可以顯著改善特性。這是一個非常有趣的結(jié)果，表明需要對碳納米管的表征方法進(jìn)行更多的研究和開發(fā)，以便將正確的管用于正確的目的，并進(jìn)一步開發(fā)管的生產(chǎn)方法。”

透射電子顯微鏡

使用這種技術(shù)，您可以繞過可見光的分辨率限制，大約為 1 微米，并降低到大約 100 皮米，即 0.1 納米，這足以分辨單個原子。在大學(xué)的顯微鏡內(nèi)，還可以使用可在納米級別控制的定制探針來操縱碳納米管。

“我們的電子顯微鏡位于 21 號房屋中，但它與房屋其他部分的振動完全隔離，”Mattias Flygare 說。“如果顯微鏡與房子有接觸，只需要一個人在房間外的走廊上走動，就會產(chǎn)生振動，使圖像變得模糊且無法使用。”

碳納米管的應(yīng)用領(lǐng)域

今天，碳納米管在許多不同的產(chǎn)品中都有應(yīng)用，研究人員繼續(xù)探索使用這種材料的創(chuàng)造性新方法。碳納米管存在于各種復(fù)合材料中，例如網(wǎng)球拍和自行車等運動器材中，因為它能夠提高強(qiáng)度并減輕重量。由于它的導(dǎo)電性，它在各種電子產(chǎn)品中也很有用，而且還有更多奇特的用途即將出現(xiàn)。

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