史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的應(yīng)用前景如何?

• 2019年9月16日 ChenJunYi來源：新浪 769 46
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近日，麻省理工學院的航空航天科學家在研究提高材料的電學和熱血性能時，誤打誤撞研究出了一種史上最黑的材料，且該材料在各個角度吸收射入關(guān)都大于99.995%。不過科學家還沒有完全確定新材料為什么會這樣。那么，史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的

近日，麻省理工學院的航空航天科學家在研究提高材料的電學和熱血性能時，誤打誤撞研究出了一種史上最黑的材料，且該材料在各個角度吸收射入關(guān)都大于99.995%。不過科學家還沒有完全確定新材料為什么會這樣。那么，史上最黑材料誕生是什么情況?什么是碳納米管?碳納米管的應(yīng)用前景如何?

史上最黑材料誕生是什么情況?

麻省理工學院的科學家意外發(fā)現(xiàn)了一種“超黑”材料，比目前已知的最黑物質(zhì)要黑10倍。

科學家為了讓碳納米管在鋁表面生長，研究團隊把鋁箔浸泡在鹽溶液中，除去了表面的氧化層。

當碳納米管在鋁表面生長，產(chǎn)生的新材料的電學和熱學性能都有顯著提高。

更加出乎意料的是，其顏色非常黑：進一步測量發(fā)現(xiàn)，這種材料可以吸收99.96%以上的入射光，成為有史以來最黑的材料。

什么是碳納米管?

碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20 nm。并且根據(jù)碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。

碳納米管的應(yīng)用前景如何?

碳納米管可以制成透明導電的薄膜，用以代替ITO(氧化銦錫)作為觸摸屏的材料。先前的技術(shù)中，科學家利用粉狀的碳納米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃襯底上，但是這樣的技術(shù)至今沒有進入量產(chǎn)階段;目前可成功量產(chǎn)的是利用超順排碳納米管技術(shù);該技術(shù)是從一超順排碳納米管陣列中直接抽出薄膜，鋪在襯底上做成透明導電膜，就像從棉條中抽出紗線一樣。該技術(shù)的核心-超順排碳納米管陣列是由北京清華-富士康納米中心于2002年率先發(fā)現(xiàn)的新材料。

碳納米管觸摸屏首次于2007~2008年間成功被開發(fā)出，并由天津富納源創(chuàng)公司于2011年產(chǎn)業(yè)化，至今已有多款智慧型手機上使用碳納米管材料制成的觸摸屏。與現(xiàn)有的氧化銦錫(ITO)觸摸屏不同之處在于:氧化銦錫含有稀有金屬“銦”，碳納米管觸摸屏的原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氫氣體，不受稀有礦產(chǎn)資源的限制;其次，鋪膜方法做出的碳納米管膜具有導電異向性，就像天然內(nèi)置的圖形，不需要光刻、蝕刻和水洗的制程，節(jié)省大量水電的使用，較為環(huán)保節(jié)能。工程師更開發(fā)出利用碳納米管導電異向性的定位技術(shù)，僅用一層碳納米管薄膜即可判斷觸摸點的X、Y座標;碳納米管觸摸屏還具有柔性、抗干擾、防水、耐敲擊與刮擦等特性，可以制做出曲面的觸摸屏，具有高度的潛力可應(yīng)用于穿戴式裝置、智慧家俱等產(chǎn)品。

據(jù)物理學家組織網(wǎng)、英國廣播公司2013年9月26日報道，美國斯坦福大學的工程師在新一代電子設(shè)備領(lǐng)域取得突破性進展，首次采用碳納米管建造出計算機原型，比基于硅芯片模式的計算機更小、更快且更節(jié)能。

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學院電氣工程學院主任喬瓦尼·德·米凱利教授強調(diào)了這一世界性成就的兩個關(guān)鍵技術(shù)貢獻：首先，將基于碳納米管電路的制造過程落實到位。其次，建立了一個簡單而有效的電路，表明使用碳納米管計算是可行的。下一代芯片設(shè)計研究聯(lián)盟、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校納雷什教授評價道，雖然碳納米管計算機可能還需要數(shù)年時間才趨于成熟，但這一突破已經(jīng)凸顯未來碳納米管半導體以產(chǎn)業(yè)規(guī)模生產(chǎn)的可能性。

氫氣被很多人視為未來的清潔能源。但是氫氣本身密度低，壓縮成液體儲存又十分不方便。碳納米管自身重量輕，具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為儲存氫氣的優(yōu)良容器，儲存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣的密度還高。適當加熱，氫氣就可以慢慢釋放出來。研究人員正在試圖用碳納米管制作輕便的可攜帶式的儲氫容器。

在碳納米管的內(nèi)部可以填充金屬、氧化物等物質(zhì)，這樣碳納米管可以作為模具，首先用金屬等物質(zhì)灌滿碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細的納米尺度的導線，或者全新的一維材料，在未來的分子電子學器件或納米電子學器件中得到應(yīng)用。有些碳納米管本身還可以作為納米尺度的導線。這樣利用碳納米管或者相關(guān)技術(shù)制備的微型導線可以置于硅芯片上，用來生產(chǎn)更加復雜的電路。

利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復合材料。例如用碳納米管材料增強的塑料力學性能優(yōu)良、導電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩(wěn)定性高，不易對環(huán)境造成影響。碳納米管增強陶瓷復合材料強度高，抗沖擊性能好。碳納米管上由于存在五元環(huán)的缺陷，增強了反應(yīng)活性，在高溫和其他物質(zhì)存在的條件下，碳納米管容易在端面處打開，形成一個管子，極易被金屬浸潤、和金屬形成金屬基復合材料。這樣的材料強度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強。

碳納米管還給物理學家提供了研究毛細現(xiàn)象機理最細的毛細管，給化學家提供了進行納米化學反應(yīng)最細的試管。碳納米管上極小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的擺動頻率發(fā)生變化，利用這一點，1999年，巴西和美國科學家發(fā)明了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個病毒的質(zhì)量。隨后德國科學家研制出能稱量單個原子的“納米秤”。

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