關於納米技術你應該知道的十件事

4)新材料——碳納米結構的興起

我們可以寫很多納米材料的例子——納米粒子、量子點、納米線、納米纖維、超薄膜等等。然而，碳元素是“舊”材料如何通過納米技術獲得令人興奮的新生命的典型例子。

碳是一種非金屬、固體元素，存在於所有有機生命中，是有機化學的基礎。它具有一種有趣的化學特性，可以與自身和各種各樣的其他元素結合，形成近1000萬種已知化合物。眾所周知，天然碳可以以兩種非常不同的形式存在:石墨和鑽石。1985年至2004年間發現的另外三種形式的碳引起了研究人員對碳納米材料的興奮——富勒烯、碳納米管，尤其是石墨烯。

富勒烯

富勒烯是帶有60個或更多碳原子的球形碳籠分子。它們的直徑約為0.7-1.5納米。它們之所以吸引科學家，是因為它們表現出碳材料的不同尋常的特性。富勒烯被研究用於潛在的醫療用途:它們是強抗氧化劑;人們還可以將特定的抗生素與該結構結合，以靶向耐藥細菌，甚至針對特定的癌症細胞，如黑色素瘤。在機械工程中，富勒烯的耐熱性和超導性是研究較多的性質之一。

富勒烯有時被錯誤地稱為“新形式的碳”，它被發現存在於星際塵埃和地球上的地質構造中。除了石墨和鑽石，碳還可以形成穩定有序的結構，這一發現刺激了世界各地的研究人員尋找其他形式的碳。這導致發現碳納米管(碳納米管)。它們與富勒烯類材料有很大的不同，它們的性能也有很大的不同。

對於初學者，你可以觀看這五個關於碳納米管的短視頻:

碳納米管(CNTs)的直徑從單納米到幾十納米，長度從幾微米不等。它們具有優異的機械和電子性能，是良好的熱導體。CNTs的抗拉強度或斷裂應變是鋼的6-7倍。它們是已知的最硬、最堅固的纖維之一。

根據其結構，碳納米管可以是金屬的，也可以是半導體的。一些碳納米管是有史以來最有效的導電材料，而另一些碳納米管則表現得更像矽。這些特性，加上碳納米管的輕，使其在增強複合材料、納米電子、傳感器和納米機械設備方麵具有巨大的應用潛力。

CNTs可以有一個或多個壁。單壁碳納米管具有不同於多壁碳納米管的電學性能，是納米電子學的主要應用領域。一般來說，商業應用的發展相當緩慢，主要是因為最佳質量的納米管，尤其是單壁納米管的生產成本仍然相對較高。

碳納米管的未來應用之一是太空電梯——一種基於電纜的運輸係統可以成為火箭的替代品，將人和有效載荷送入太空。

碳納米材料俱樂部的最新成員是石墨烯．石墨烯是2004年才被發現的一種單層碳原子。現有的碳基本都是由石墨烯薄片組成的，要麼相互粘合形成像鉛筆裏的石墨那樣的固體材料，要麼卷成碳納米管(把單壁碳納米管想象成石墨烯圓柱體)，要麼折疊成富勒烯。

長期以來，物理學家一直認為平麵石墨烯的獨立形式是不可能的;傳統觀念認為這樣的床單總是會卷起來的。科學家們如此興奮的原因是二維晶體(之所以叫二維晶體是因為它隻在兩個維度上延伸——長度和寬度;由於材料隻有一個原子的厚度，第三維度，高度，被認為是零)開辟了一個全新的一類材料，具有新穎的電子，光學和機械性能。