高性能碳纳米管纤维问世，中国引领全球新材料市场

高性能碳纳米管纤维问世，中国引领全球新材料市场

碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种具有特殊结构的一维量子材料，自1991年被发现以来，其独特的物理化学性质和广阔的应用前景一直备受关注。近年来，随着制备技术和应用研究的不断突破，碳纳米管正在从实验室走向产业化，有望成为新材料领域的下一个风口。

在碳纳米管的制备和应用研究方面，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘畅、侯鹏翔团队取得了重要突破。他们通过湿法纺丝技术，成功制备出具有高导电性、高强度和高韧性的碳纳米管纤维。最新研究实现了高取向度（0.994）和高致密度（1.96 g/cm³）的双壁碳纳米管纤维，其电导率和载流量分别达到铜导线的86%和3倍。这一成果不仅展示了碳纳米管在性能上的优势，也为其实现大规模应用奠定了基础。

在电池应用领域，韩国电气技术研究院研发出一种新技术，能够生产高分散性的碳纳米管粉末，解决了碳纳米管在电池中容易团聚的问题。这一技术简化了碳纳米管在二次电池中的应用，有助于制造高容量电池，并且环保型干法工艺避免了有毒溶剂的使用。

碳纳米管具有极高的力学性能、优异的电学和导热性能，以及良好的化学稳定性。这些特性使其在多个领域展现出广阔的应用前景。

1. 储能电池：碳纳米管作为导电添加剂，能显著提高电池的能量密度和充放电效率。其独特的中空结构为锂离子提供了丰富的存储空间和传输通道，是下一代高性能电池的关键材料。

2. 导电塑料：在树脂中添加少量碳纳米管即可显著增强导电性，同时保持较好的冲击强度和外观。这种复合材料在电子、汽车和航空航天等领域具有广泛应用前景。

3. 电子器件：碳纳米管的高载流子迁移率使其在低功耗和高速传输方面表现出色，是碳基芯片和透明导电薄膜的理想材料。

4. 其他应用：碳纳米管还被用于制造高性能复合材料、医疗微细加工工具以及航空航天领域的轻质高强度部件。

近年来，全球碳纳米管市场需求不断提升，行业规模持续扩大。数据显示，2019-2022年全球碳纳米管粉体需求量从0.1万吨增长至0.6万吨，浆料需求量从3万吨增长至16万吨。预计到2025年，全球碳纳米管粉体需求量将达2.4万吨，浆料需求量将达59万吨。

从市场规模来看，2021年全球碳纳米管市场规模为4.3亿美元，预计到2028年将达到49亿美元，年均增长率约为173.3%。亚洲地区，尤其是中国，是全球最大的碳纳米管市场。中国在新能源汽车、电子信息、航空航天等领域的快速发展，对碳纳米管的需求量巨大，2022年市场份额占比已超过三分之一。

中国也是全球最大的碳纳米管生产地区，占有大约59%的市场份额。全球碳纳米管头部厂商主要包括天奈科技、LG化学、三顺纳米和青岛昊鑫等，前三大厂商占有全球大约35%的市场份额。

尽管碳纳米管展现出广阔的应用前景，但仍面临一些挑战。例如，如何精准控制碳纳米管的管径和长度，避免团聚现象，提高生产效率和降低成本等。未来，随着制备技术和工艺的不断进步，碳纳米管有望在以下方面实现突破：

1. 能源领域：开发更高能量密度的电池，推动电动汽车和可再生能源存储技术的发展。

2. 电子领域：实现碳基芯片的商业化应用，推动电子器件向更小、更快、更节能的方向发展。

3. 航空航天：制造更轻质、高强度的结构材料，降低燃料消耗并提高有效载荷。

4. 医疗领域：开发新型生物传感器和医疗植入物，推动精准医疗和个性化治疗的发展。

碳纳米管作为一种新型材料，其制备技术和应用领域正在不断拓展，特别是在储能电池和电子器件方面的应用前景广阔。未来，随着技术的不断进步和市场需求的持续增长，碳纳米管有望成为推动能源、电子和航空航天等领域创新的关键材料。