碳纳米管的作用和用途

      碳纳米管（CNT）是由一层或多层石墨烯层以晶格排列制成的圆柱形管。在本文中，我们讨论他们当前用途和未来的消费者应用。

      单壁碳纳米管 (SWNT) 直径通常在0.8至2nm之间。相比之下，多壁碳纳米管（MWNT）的直径范围为5至20纳米，有时甚至超过100纳米。由于其优异的物理和化学特性，碳纳米管被广泛应用于消费类应用，包括设备建模、储能、汽车、水净化、体育用品、涂料、薄膜电子、电磁屏蔽和执行器。

      有组织的碳纳米管结构，如普通板材、纱线和森林，都是以较小的体积生产的。甚至有人提出，碳纳米管有一天可能会被用作太空电梯的系绳。各种研究都强调了使用CNT作为构建块来制造3D宏观全碳设备的可能性，这些设备的所有三个维度的尺寸均小于1毫米。

      还报道了一种创新的、自由基引发的热交联方法，使用碳纳米管作为构建块来制造独立式、宏观、全碳、多孔支架。这些支架具有纳米、微米和宏观结构的孔，并且可以根据具体应用的要求调整孔隙率。这些全碳3D架构可用于制造下一代超级电容器、储能、高性能催化、场发射晶体管、生物医学植入物和设备以及光伏。

      碳纳米管广泛的用途是与其他材料一起用于结构增强，因为它们具有柔韧性、重量轻和强度高。碳纳米管还用于薄膜和块状复合材料。多壁纳米管（MWNT）首先用作塑料中的导电填料，后来用于增强纤维复合材料。

      一些例子是海上保安船的船体和风力涡轮机叶片。碳纳米管的其他值得注意的例子还可以用于强化运动器材，例如自行车车架、棒球棒和网球拍。

      水净化是碳纳米管吸附特性的另一个很好的例子；它们的表面积与体积比较小，因此非常适合用作过滤水中生物污染物、溶解盐和有毒化学物质的膜。

碳纳米管在消费应用中的未来

      随着对碳纳米管消费应用的大量研究，毫无疑问，未来十年商业应用的需求将急剧增加。

      未来值得关注的一些值得注意的应用包括太阳能电池和储氢：

太阳能电池

      由于单壁碳纳米管具有很强的紫外/可见光-近红外吸收特性，因此非常有前景的应用是将其用于太阳能电池板。利用碳纳米管和碳巴基球混合物形成的碳纳米管复合物开发了太阳能电池，以形成蛇状结构。

      尽管巴基球可以捕获电子，但它们不能使电子流动。当捕获阳光以激发聚合物时，巴基球将捕获电子，纳米管使电流或电子流动。从那时起，人们进行了更多研究来创建碳纳米管混合太阳能电池板以提高其效率。这种杂化材料是通过将单壁碳纳米管与光激发电子供体相结合而产生的，从而增加了产生的电子数量。单壁碳纳米管和光激发卟啉之间的相互作用在单壁碳纳米管表面产生电空穴对。这种现象已通过实验检测到，并对提高效率做出了实际贡献。

储氢

      除了碳纳米管能够储存电能之外，还进行了一些研究，利用它们储存氢气，然后将其用作燃料来源。利用小碳纳米管的毛细管效应，可以在单壁碳纳米管内以高密度冷凝气体。这使得气体，尤其是氢气 (H2) 能够以高密度储存，而不会凝结成液体。