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碳纳米管的生产和应用情况

已有 7057 次阅读 2008-4-12 00:07 |个人分类:材料科学

碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs),又称纳米碳管,是一种具有石墨结晶的管状纳米碳材料,分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种,直径在纳米量级,具有很高的长径比。由于CNTs具有独特的金属或半导体导电特性、极高的机械强度、吸附能力、场致电子发射性能和宽带电磁波吸收特性等,在20世纪90年代初被发现之后立即受到物理、化学和材料科学界以及高新技术产业部门的极大重视。CNTs被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料,在信息技术、生命科学、环境科学、自动化技术、航空航天技术及能源技术等方面具有广阔的应用前景。可以预见,碳纳米管将在诸多领域形成新的产业,产生重大的经济效益和社会效益。

CNTs自1991年被公布于众到目前共13年的时间内,其制备研究和应用开发都得到了长足的发展。

 

一、CNTs的生产情况

据报道,世界上最大的CNTs生产商美国HYPERION催化国际有限公司在1990年前后建成CNTs生产装置,生产直径3.5-70nm的CNTs,产品主要作为导电功能体使用,目前生产能力每年200吨。日本的GSI公司CNTs年生产能力达50吨、昭和电工CNTs达10吨,CNRI建有年产120 吨20nm CNTs装置。另外,美国CNI公司正在建设SWNTs生产装置,预计到2004 年底建成,规模为年产SWCNTs 300吨。

我国深圳市纳米港有限公司采用中国科学院成都有机化学研究所的CNTs批量制备技术,在国内率先实现CNTs的批量生产,年生产不同直径高纯度CNTs 5-10吨,2002年3月通过中国科学院组织的专家鉴定,被认定为技术整体处于国际先进水平。

据报道,国内的清华-南风也实现了CNTs的批量生产,生产能力达每小时15kg。 武汉科技大学筹资800万元在东湖建成CNTs生产线,沈阳金纳新材料有限公司投资600万元进行CNTs和纳米碳纤维的生产,江西太阳纳米材料公司、福建泉州星辉纳米材料公司等都建立了CNTs批量生产装置。

另外,国内相当多的高校和科研单位仍在开发CNTs的批量制备技术。

目前世界上CNTs年产量已达700吨,我国约为10吨,且不断有新的生产装置建成投产。

我国在设计规格CNTs的生产方面有明显优势,可生产出纯度大于98wt%的各种规格MWCNTs和纯度大于80wt%的SWCNTs。由于我国在CNTs的应用研究方面起步较晚,所以到目前仍没有CNTs实际应用的例子。 

 

CNTs的应用情况

CNTs巨大的现实与潜在应用市场引起了产业界对投资CNTs产品的高度热情与学术界对CNTs制备技术的不懈探索。

CNTs最早获得大量应用是利用其导电特性生产高性能导电复合材料。因其导电性能良好并具有极大的长径比,将极少量(1.5-4%)CNTs添加到聚合物中就能形成导电网络,获得高性能导电复合物,而其它导电碳材料的添加量在20%左右才能达到相同的导电效果,高添加量将严重影响复合材料的机械性能及加工性能。含CNTs导电复合物由美国HYPERION催化国际有限公司首先开发成功,目前该公司除向市场供应导电塑料和导静电塑料产品之外,也向市场供应含CNTs的母体塑料和母体树脂。含CNTs的浅色导静电涂料已由美国PPG公司成功应用于汽车制造行业(外壳部件静电喷涂等)。

国内中国科学院成都有机化学研究所与深圳市纳米港有限公司合作开发的含CNTs浅色导静电涂料制备技术已取得突破性进展,解决了CNTs在基体树脂中的分散与稳定问题,已完成单次50公斤储油罐用导静电涂料扩大制备,CNTs添加量仅为2%。目前正在筹备广州石化公司储油罐导静电涂层示范工程,计划在2004年6月进行。一旦取得预期效果,含CNTs的浅色导静电涂料生产规模即可迅速扩大。

CNTs在用作增强材料、场致电子发射材料、超级电容器电极材料、气体吸附材料、催化材料和传感材料等方面的应用研究都取得了重要进展,有些已到达产业化前期,如韩国三星电子公司利用CNTs的场致电子发射特性,开发出48英寸彩色平板显示器,该公司声称将在2004年将这种类型的彩色平板显示器大量投放市场。

以上介绍的是宏观量使用CNTs的有关进展。实际上,在纳电子器件、探针、传感器和微机电方面,CNTs也能发挥其特长,并将成为相关技术发展的基础条件。    

 



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1 高建国

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