ในบรรดาตระกูลวัสดุนาโนคาร์บอนท่อนาโนเป็นหนึ่งในดาวที่พราวที่สุด วัสดุท่อนี้เกิดขึ้นจากการดัดผมของอะตอมคาร์บอนในโครงสร้างหกเหลี่ยมมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่นาโนเมตรไม่กี่ไปจนถึงนาโนเมตรหลายสิบตัว แต่มันมีคุณสมบัติที่เป็นไปไม่ได้และได้รับการยกย่องจากนักวิทยาศาสตร์ว่า นับตั้งแต่การค้นพบเมื่อไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมามันได้ย้ายจากห้องปฏิบัติการไปเป็นแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมเปลี่ยนภูมิทัศน์ทางเทคโนโลยีอย่างลึกซึ้งในหลายสาขา
I. โครงสร้างกำหนดประสิทธิภาพ: "ข้อได้เปรียบโดยธรรมชาติ" ของท่อนาโนคาร์บอน
คุณสมบัติที่น่าทึ่งของท่อนาโนคาร์บอนส่วนใหญ่เกิดจากโครงสร้างโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์ของพวกเขา มันถือได้ว่าเป็นโครงสร้างท่อที่ไร้รอยต่อที่เกิดขึ้นจากการม้วนกราไฟท์ชั้นเดียว ขึ้นอยู่กับวิธีการม้วนงอพวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นประเภทต่าง ๆ เช่นประเภทเก้าอี้เก้าอี้ประเภทซิกแซกและประเภท chiral ในหมู่พวกเขาท่อนาโนคาร์บอนประเภทเก้าอี้เท้าแขนมีการนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยมเกือบจะแข่งขันกับทองแดงโลหะ
โครงสร้างท่อนี้ทำให้มีคุณสมบัติมากหลายอย่าง: ความต้านทานแรงดึงของมันมากกว่า 100 เท่าของเหล็ก แต่ความหนาแน่นของมันเป็นเพียง 1/6 ของเหล็ก; การนำความร้อนของมันเกินกว่าเพชรและเป็นหลายครั้งของทองแดง นอกจากนี้ยังมีความยืดหยุ่นที่ดีความสามารถในการโค้งงอเป็นรูปทรงต่าง ๆ โดยไม่ทำลาย ยิ่งไปกว่านั้นคุณสมบัติเหล่านี้ไม่ได้เกิดขึ้นร่วมกัน - ท่อนาโนคาร์บอนเดี่ยวสามารถมีความแข็งแรงสูงความสว่างพิเศษการนำไฟฟ้าและการนำความร้อนซึ่งแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับในวัสดุดั้งเดิม
2. จากห้องปฏิบัติการถึงสายการผลิต: อุตสาหกรรมของข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพ
ข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของท่อนาโนคาร์บอนกำลังรับผลในสาขาต่าง ๆ ในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ถือเป็นคู่แข่งที่แข็งแกร่งสำหรับวัสดุการเชื่อมต่อชิปรุ่นต่อไป สายของชิปที่ใช้ซิลิกอนแบบดั้งเดิมจะเผชิญกับความต้านทานที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วที่ระดับนาโนในขณะที่สายไฟนาโนคาร์บอนไม่เพียง แต่มีความต้านทานต่ำ แต่ยังสามารถทำงานได้อย่างเสถียรในอุณหภูมิที่สูงขึ้น ปัจจุบันทีมวิจัยของเราในประเทศจีนประสบความสำเร็จในการจัดทำชิปท่อนาโนคาร์บอนโดยมีผลการดำเนินงานถึงระดับนำระดับนานาชาติ
ในด้านวัสดุคอมโพสิตการเติมท่อนาโนคาร์บอนสามารถฟื้นฟูวัสดุดั้งเดิมได้ การเพิ่ม 0. 1% ของท่อนาโนคาร์บอนลงในพลาสติกสามารถเพิ่มค่าการนำไฟฟ้าได้หลายคำสั่งของขนาดในขณะที่ยังคงรักษาลักษณะการประมวลผลน้ำหนักเบาและง่ายของพลาสติก การเพิ่มเข้ากับคอนกรีตสามารถเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุอัดได้ 30%และยังให้ความสามารถในการตรวจจับตนเองเพื่อตรวจสอบความเสียหายของโครงสร้างในเวลาจริง
ในสนามพลังงานท่อนาโนคาร์บอนเป็นวัสดุอิเล็กโทรดในอุดมคติ supercapacitors ที่ทำกับพวกเขามีความเร็วในการชาร์จเร็วกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมแบบดั้งเดิมมากกว่า 10 เท่าและอายุการใช้งานสามารถเข้าถึงได้ 100, 000 ครั้ง; การเพิ่มท่อนาโนคาร์บอนลงในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการชาร์จและการปลดปล่อยและความปลอดภัยของแบตเตอรี่ ข้อมูลการทดสอบขององค์กรพลังงานใหม่บางแห่งแสดงให้เห็นว่าแบตเตอรี่ที่มีอิเล็กโทรดคอมโพสิตคาร์บอนนาโนทิวบ์สามารถเพิ่มช่วงการขับขี่ได้ 15%
3. ความเป็นไปได้ไม่ จำกัด ในสถานการณ์แอปพลิเคชัน
ขอบเขตการใช้งานของท่อนาโนคาร์บอนกำลังขยายตัวอยู่ตลอดเวลา ในสนามบินและอวกาศพวกเขาจะใช้ในการผลิตส่วนประกอบที่มีน้ำหนักเบาและมีความแข็งแรงสูงสำหรับยานอวกาศลดน้ำหนักการเปิดตัวในขณะที่เพิ่มความปลอดภัยของโครงสร้าง ในสาขาการแพทย์สามารถใช้ท่อนาโนคาร์บอนที่ได้รับการดัดแปลงฟังก์ชันการทำงานเป็นผู้ให้บริการยาเสพติดส่งยาไปยังพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบอย่างแม่นยำและลดความเสียหายให้กับเซลล์ปกติ
ในการกำกับดูแลด้านสิ่งแวดล้อมเยื่อหุ้มกรองที่ทำจากท่อนาโนคาร์บอนสามารถดูดซับไอออนโลหะหนักและมลพิษอินทรีย์ในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพ ประสิทธิภาพการกรองคือ {{0}} เวลาของตัวกรองแบบดั้งเดิมและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ในสาขาอิเล็กทรอนิกส์ที่มีความยืดหยุ่นเมื่อรวมกับพื้นผิวที่ยืดหยุ่นสามารถใช้เพื่อสร้างสกินอิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้จอแสดงผลที่ยืดหยุ่นและอุปกรณ์อื่น ๆ เซ็นเซอร์ที่ยืดหยุ่นของท่อนาโนคาร์บอนที่พัฒนาโดย บริษัท เทคโนโลยีบางแห่งสามารถรับรู้ถึงการเปลี่ยนรูปขนาดเล็กขนาดเล็กขนาด 0.1 ไมโครมิเตอร์โดยมีความไวเกินกว่าเซ็นเซอร์แบบดั้งเดิม
4. ความท้าทายและอนาคต: การ "ทำ" วัสดุสุดยอด "เป็นส่วนหนึ่งของชีวิตของเรา
แม้จะมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมของพวกเขาการประยุกต์ใช้ท่อนาโนคาร์บอนขนาดใหญ่ยังคงเผชิญกับความท้าทายบางอย่าง ปัจจุบันต้นทุนการผลิตของท่อนาโนคาร์บอนคุณภาพสูงยังคงค่อนข้างสูงและความสอดคล้องในระหว่างการผลิตแบทช์นั้นยากที่จะควบคุมได้อย่างแม่นยำ ยิ่งไปกว่านั้นความปลอดภัยทางชีวภาพของพวกเขายังคงต้องใช้การวิจัยและการตรวจสอบระยะยาวซึ่งในระดับหนึ่ง จำกัด ขอบเขตการใช้งานของพวกเขา
อย่างไรก็ตามด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการเตรียมการปัญหาเหล่านี้ค่อยๆได้รับการแก้ไข การปรับปรุงวิธีการสะสมไอสารเคมีเร่งปฏิกิริยาได้ลดต้นทุนการผลิตของท่อนาโนคาร์บอนลง 90% ในสิบปี การแนะนำเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ได้เปิดใช้งานการควบคุมกระบวนการเติบโตของท่อนาโนคาร์บอนอย่างแม่นยำซึ่งเป็นการปรับปรุงความสอดคล้องของผลิตภัณฑ์อย่างมีนัยสำคัญ
ในอนาคตเมื่อเทคโนโลยีเติบโตขึ้นอีกท่อนาโนคาร์บอนคาดว่าจะได้รับแอปพลิเคชั่นขนาดใหญ่ในสาขามากขึ้น: จากหน้าจอสมาร์ทโฟนที่โค้งงอได้ไปจนถึงเสื้อกันกระสุนที่มีน้ำหนักเบาและทนทานจากเซลล์แสงอาทิตย์ที่มีประสิทธิภาพไปจนถึงอุปกรณ์การวินิจฉัยทางการแพทย์