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Algumas aplicações
Nanotubos de carbono de paredes múltiplas são preparados por deposição catalítica de vapor de carbono modificada (CCVD) e têm as características de alta condutividade, alta área de superfície específica, alta pureza da fase de carbono, distribuição estreita do diâmetro externo, relação de aspecto ultra-alta, etc. A qualidade do produto é estável.
Nanotubos de carbono de paredes múltiplas são usados principalmente em borracha, plástico, bateria de lítio, revestimento e outras indústrias relacionadas. Em termos de borracha, eles são usados principalmente em produtos de borracha, como pneus e vedações, e têm as vantagens de alta condutividade elétrica, alta condutividade térmica, alta resistência ao desgaste e alta resistência ao rasgo. Em termos de plástico, adicionar uma pequena quantidade pode melhorar muito a condutividade elétrica, a condutividade térmica e as propriedades mecânicas, e são usados principalmente em produtos plásticos, como PP, PA, PC, PE, PS, ABS, resina insaturada, resina epóxi, etc.
Condutividade: Quatro sondas 80-100mΩ.cm
A figura a seguir é uma imagem de microscópio eletrônico de nanotubos de carbono de paredes múltiplas
Nanotubos de carbono são outro alótropo de carbono descoberto após C60. Eles têm uma pequena dimensão radial, com o diâmetro externo do tubo geralmente variando de alguns nanômetros a dezenas de nanômetros, e o diâmetro interno do tubo é ainda menor, com alguns sendo apenas cerca de 1 nm; e seu comprimento é geralmente na faixa de micrômetros, com uma proporção muito grande de comprimento para diâmetro de 103 a 106. Portanto, os nanotubos de carbono são considerados um nanomateriais unidimensionais típicos. Desde que foram descobertos por humanos, os nanotubos de carbono têm sido aclamados como o material do futuro e têm sido uma das fronteiras da ciência internacional nos últimos anos. O professor Alex Zettl da Universidade da Califórnia, Berkeley, acredita que em uma comparação abrangente de C60 e nanotubos de carbono em termos de perspectivas de aplicação, C60 pode ser resumido em uma página, enquanto os nanotubos de carbono exigem um livro para serem concluídos.
Introdução
Nanotubos de carbono com paredes e nanotubos de carbono com paredes simples
Em 1985, o Professor Kroto, um espectroscopista da Universidade de Sussex no Reino Unido, e os Professores Smalley e Curl da Universidade Rice nos Estados Unidos descobriram em um estudo colaborativo que o carbono pode formar moléculas C60 e C70 com estruturas de gaiola altamente simétricas consistindo de 60 ou 70 átomos de carbono, que são chamados de buckyballs. Em 1991, Iijima, um cientista da NEC no Japão, usou pela primeira vez um microscópio eletrônico de tunelamento de alta resolução para descobrir um nanotubo de carbono com um diâmetro externo de 515 nm e um diâmetro interno de 213 nm na produção de cicatrizes catódicas de C60. Era composto de apenas duas camadas de superfícies cilíndricas semelhantes a grafite coaxial. Posteriormente, em 1993, os grupos de pesquisa de Iijima e Bethune relataram simultaneamente a síntese de nanotubos de carbono de parede única com uma estrutura muito simples, o que forneceu possibilidades experimentais para a previsão teórica das propriedades dos nanotubos de carbono, ampliou ainda mais o escopo dos materiais de aglomerados de carbono e promoveu amplamente a pesquisa teórica e experimental sobre nanotubos de carbono, tornando este campo um tópico importante na pesquisa global hoje [1].
A estrutura única dos nanotubos de carbono determina que eles tenham muitas propriedades físicas e químicas especiais. A ligação covalente C=C que compõe os nanotubos de carbono é a ligação química mais estável da natureza, então os nanotubos de carbono têm propriedades mecânicas muito excelentes. Cálculos teóricos mostram que os nanotubos de carbono têm resistência extremamente alta e grande tenacidade. Seu valor teórico estima que o módulo de Young pode atingir 5TPa, que é cerca de 100 vezes a resistência do aço, mas a densidade de peso é de apenas 1/6 do aço. Treacy et al. usaram TEM pela primeira vez para medir a amplitude quadrática média de nanotubos de carbono de paredes múltiplas na faixa de temperatura de temperatura ambiente a 800 graus, e derivaram que o módulo de Young médio de nanotubos de carbono de paredes múltiplas é de cerca de 1,8 Tpa. Salvetat et al. mediram o módulo de Young de nanotubos de carbono de parede única de pequeno diâmetro e derivaram seu módulo de cisalhamento como 1Tpa. Wong et al. mediu a resistência à flexão média de nanotubos de carbono de paredes múltiplas usando um microscópio de força atômica, que foi de 14,2±10,8GPa, enquanto a resistência à flexão da fibra de carbono foi de apenas 1GPa. Os nanotubos de carbono são muito superiores a quaisquer outras fibras em termos de resistência e tenacidade e são considerados as "superfibras" do futuro.
Prevê-se que os nanotubos de carbono podem se tornar um novo tipo de material de fibra de carbono de alta resistência, que tem a natureza inerente dos materiais de carbono, a condutividade elétrica e térmica dos materiais metálicos, a resistência ao calor e à corrosão dos materiais cerâmicos, a tecelagem das fibras têxteis e a leveza e o fácil processamento dos materiais poliméricos. Os nanotubos de carbono são usados como reforços compostos, que devem apresentar boa resistência, elasticidade, resistência à fadiga e isotropia. Pode-se esperar que os materiais compostos reforçados com nanotubos de carbono possam trazer um salto no desempenho dos materiais compostos. A pesquisa sobre materiais compostos feitos de nanotubos foi realizada pela primeira vez em substratos metálicos, como nanotubos de Fe/carbono, nanotubos de Al/carbono, nanotubos de Ni/carbono, nanotubos de Cu/carbono, etc. O foco da pesquisa de materiais compostos de nanotubos de carbono mudou para materiais compostos de polímero/nanotubo de carbono. Por exemplo, em materiais leves e de alta resistência, as fibras de carbono são usadas como materiais de reforço. As propriedades mecânicas dos nanotubos de carbono e seu pequeno diâmetro e grande proporção trarão melhores efeitos de reforço.
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