中國(guó)粉體網(wǎng)訊 碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的一維碳納米材料。碳納米管本身呈圓管狀，與石墨烯片層卷曲而成的結(jié)構(gòu)類似。碳納米管由于優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)及光學(xué)特性，在多個(gè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注和應(yīng)用。
1、碳納米管的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展
日本人首次發(fā)現(xiàn)碳納米管。1991年，日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島（Lijima）在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是現(xiàn)在被稱作“Carbon nanotube”的碳納米管。
碳納米管被發(fā)現(xiàn)后，引起了研究者們的極大興趣，在以后的幾十年里一直被持續(xù)研究并不斷發(fā)展。
1993年，S.Lijima等和D.S.Bethune等同時(shí)報(bào)道了采用電弧法，在石墨電極中添加一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層管壁的碳納米管，即單壁碳納米管產(chǎn)物。
1996年，日本的昭和電工在川崎建成了時(shí)間上世界上第一個(gè)商業(yè)化生產(chǎn)碳納米管的工廠，年產(chǎn)能20噸，標(biāo)志著碳納米管商業(yè)化生產(chǎn)的開(kāi)端。
1997年，A.C.Dillon等報(bào)道了單壁碳納米管的中空管可儲(chǔ)存和穩(wěn)定氫分子，引起廣泛的關(guān)注。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和理論計(jì)算也相繼展開(kāi)。據(jù)推測(cè)，單壁碳納米管的儲(chǔ)氫量可達(dá)10%（質(zhì)量比）。此外，碳納米管還可以用來(lái)儲(chǔ)存甲烷等其他氣體。
2003年，日本CNRI公司研制成功直徑0.4nm的碳納米管，使得碳納米管發(fā)展到超細(xì)程度。同一年，墨西哥科研人員從墨西哥東南部油田提取的多份原油樣品中發(fā)現(xiàn)了碳納米管。這是世界上首次在原油中發(fā)現(xiàn)天然碳納米管。
2007年，日本首次開(kāi)發(fā)出在大面積金屬板上直接合成大量單層碳納米管的技術(shù)。
2010年，浙江大學(xué)和美國(guó)加利福尼亞大學(xué)科研人員成功合成世界上最小碳納米管結(jié)構(gòu)的富勒烯C90。
2014年，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的研究人員開(kāi)發(fā)出一種均勻的多壁碳納米管為基礎(chǔ)的涂料，可降低常用的泡沫內(nèi)飾的易燃性。清華大學(xué)成功研制出高性能碳納米管導(dǎo)線。
2015年，美國(guó)研究人員用碳納米管替代硅為原料，大幅提高了計(jì)算機(jī)芯片的處理速度，運(yùn)用此方法研制出的3D芯片的運(yùn)行速度，有可能達(dá)到目前芯片的1000倍。
……
被稱為“黑金”的碳納米管，曾被科學(xué)家預(yù)言，有望成為“徹底改變21世紀(jì)”的神奇材料之一。碳納米管以其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)特性被譽(yù)為“萬(wàn)能基材”，在結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)合材料、電池電極、集成電路、傳感器件、電加熱器件等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用前景。未來(lái)還可能拓展應(yīng)用于導(dǎo)電塑料、半導(dǎo)體器件、輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料、寬頻段輕質(zhì)電磁屏蔽、沖擊防護(hù)、智能器件等領(lǐng)域，并有望給這些領(lǐng)域帶來(lái)變革性的發(fā)展。
2、碳納米管在鋰電負(fù)極方面的應(yīng)用
自碳納米管被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，作為一種具有一維納米尺寸的管狀碳材料，它以其獨(dú)特的特性，在諸多領(lǐng)域被應(yīng)用。鋰離子電池領(lǐng)域是碳納米管具有潛力的應(yīng)用方向之一。碳納米管可以直接用于鋰離子電池負(fù)極材料。
碳納米管負(fù)極材料的特點(diǎn)是電池電量大，不易粉碎。它們的形態(tài)使其可以替代石墨作為商用鋰離子電池負(fù)極材料。碳納米管是由單層或多層同軸炭片層組成的“具有類似于石墨層狀結(jié)構(gòu)”的材料。碳納米管的sp2雜化結(jié)構(gòu)以及高的長(zhǎng)徑比為其帶來(lái)了一系列優(yōu)異性能。這種微觀結(jié)構(gòu)使得鋰離子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多（管內(nèi)和層間的縫隙、空穴等），同時(shí)因碳納米管導(dǎo)電性能很好，具有較好的電子傳導(dǎo)和離子運(yùn)輸能力，適合作鋰離子電池負(fù)極材料。
采用碳納米管直接作為鋰離子電池負(fù)極材料也存在不足之處，一是第一次不可逆容量較大，首次充放電效率比較低。二是碳納米管負(fù)極缺乏穩(wěn)定的電壓平臺(tái)。三是碳納米管存在電位滯后現(xiàn)象。這些問(wèn)題制約了碳納米管在鋰離子電池負(fù)極材料方面的應(yīng)用。
目前碳納米管的研究主要集中在復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能方面，例如碳納米管與硅、金屬氧化物的復(fù)合等等。此外，碳納米管作為新型材料，在合格生產(chǎn)上有很多要求，例如直徑，層數(shù)，長(zhǎng)度，缺陷程度和電子特性等都是重要因素，其生產(chǎn)方法也需要進(jìn)一步完善。
碳納米管在鋰電負(fù)極方面的規(guī)模化商用還有一定距離，不過(guò)，隨著碳納米管研究的深入，尤其是在碳納米管機(jī)理研究以及制備工藝等方面的提升，都將會(huì)促使碳納米管更接近商業(yè)范疇，其在鋰離子電池領(lǐng)域的應(yīng)用也會(huì)進(jìn)一步拓展。
參考來(lái)源：
1、向凱.碳納米管歷史與發(fā)展及其應(yīng)用
2、李磊等.碳納米管在鋰離子電池中的應(yīng)用綜述
3、趙廷凱等.碳納米管和石墨烯在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用
4、常笑叢.碳納米管在鋰離子電池中的應(yīng)用
5、李健等.碳納米管與石墨烯在儲(chǔ)能電池中的應(yīng)用
6、把石墨烯卷起來(lái)“萬(wàn)能”的碳納米管或改變未來(lái).央廣網(wǎng)
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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