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奈米技術 / 奈米碳管簡介
奈米碳管的性質

不同型態的奈米碳管

◆依管壁層數的不同分為
 ●單壁奈米碳管(single-wall carbon nanotube)
 ●多壁奈米碳管(multi-wall carbon nanotube)

◆而依所形成之構造
 ●Armchair
 ●Zigzag
 ●Chiral

其差別在於手性(chirality)向量,也進而展現出不同的電氣性質和力學性質

Fig. 3:
(A) Schematic representation of the construction of a nanotube by rolling-up an infinite strip of graphite sheet.
(B) Special tube types are the achiral tubes:
B(a) : Armchair tubes (n, n)
B(b) : Zigzag tubes (n, 0).
B(c) : All other tubes are called chiral.
Source : V.N. Popov / Materials Science and Engineering R 43 (2004)

奈米碳管的機械性質 ---- 奈米碳管具有非常良好的機械性質,其楊氏係數和張力皆比我們熟悉的鋼還要高出百倍

表:不同材料的楊氏係數、張力和密度。

材料
楊氏係數 (GPa)
張力 (GPa)
密度 (g/cm3)
單壁奈米碳管
1054
150
-
多壁奈米碳管
1200
150
2.6

208
0.4
7.8
環氧樹脂
3.5
0.005
1.25
木頭
16
0.008
0.6

Source : http://www.xintek.com/tech_forum/cnt_properties.html

熱穩定性 ---- 在空氣中奈米碳管可在550℃時不會裂解,在氮氣氛下則可高於700℃,如果在真空環境下奈米碳管的熱穩定性可高於2000℃以上。

圖:TGA and DSC of MWCNT

化學性質---- 由於奈米碳管可視為石墨捲曲而成的結構,所以其化學性質和石墨非常相近,具有非常穩定的結構,不易利用化學方法破壞,可存在於各種化學製程。

熱傳性質 ---- 奈米碳管的導熱能力等同於金剛石或藍寶石,而其理論熱傳系數更高。

電氣性質 ---- 單壁奈米碳管可為金屬性和半導體,取決於其手性向量,而多壁奈米碳管則多為金屬性,如果為金屬性,其特殊的導電方式使得導電度可高於銅且反應速度比金屬更快。

場發性質 ---- 奈米碳管具有極大的長寬比(aspect ratio),再加上其結構的穩定性及自我修復的能力,可視為絕佳的場發射材料。

圖:J-E curves and F-N plots of CNT-FED

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