碳纳米管：电子技术领域的革新者

碳纳米管：电子技术领域的革新者

引用

中国科学院

等

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来源

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http://www.imr.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240724_7235029.html

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碳纳米管因其卓越的电学、热学和力学性能，在电子行业展现出广阔的应用前景。从柔性传感器到高性能电池，从印刷电路板到新型电热材料，碳纳米管正在逐步改变电子产品的设计和制造方式。然而，这一前沿材料在商业化应用中仍面临诸多挑战，包括生产难度大、成本高昂、分散性差以及潜在的健康风险等。本文将深入探讨碳纳米管在电子行业的具体应用、最新研究进展及其商业化面临的挑战。

柔性传感器

碳纳米管在柔性传感器领域的应用是其最具代表性的应用场景之一。压力敏感导电碳浆，通常由碳纳米管、碳粉、银粉、铜粉等导电材料与树脂混合而成，被广泛用于制造柔性压力传感器。这种材料的开发为可穿戴设备、智能服装等柔性电子设备的发展提供了重要支持。

高性能电热材料

在电热领域，碳纳米管的应用同样引人注目。电热碳浆作为一种新型远红外电热材料，通过添加碳纳米管显著提升了导热性能。这种材料不仅在医疗领域展现出重要价值，还被广泛应用于工业加热、智能家居等多个领域。

印刷电路板

在传统电子制造领域，碳纳米管也被用于改善印刷电路板的性能。导电碳浆作为电路板生产的重要原料，能够改善电路的导电性，减少电阻，从而提高电路的稳定性和效率。同时，其良好的印制精度和附着力也有助于提升电路板的整体质量。

新型电池材料

在能源存储领域，碳纳米管的应用同样令人瞩目。韩国电气技术研究院研发了一种新技术，能够生产高分散性的碳纳米管粉末。这种材料作为导电添加剂加入到二次电池中时，能显著提高电池的能量密度。与传统碳黑相比，碳纳米管在导电性和柔韧性方面表现更为出色。

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘畅、侯鹏翔团队在碳纳米管纤维研究方面取得了重要突破。通过优化湿法纺丝工艺，他们成功制备出具有高取向度（取向因子达到0.994）、高致密度（1.96 g cm-3）的双壁碳纳米管纤维。这种纤维的电导率达1.1×107S m-1，载流量达8.0×108A m-2，抗拉强度达1.65 GPa，比电导率和比电流容量分别是铜导线的86%和3倍。这一研究成果发表在Advanced Functional Materials期刊上，为碳纳米管在航空航天、电力电子等领域的应用开辟了新途径。

尽管碳纳米管展现出巨大的应用潜力，但其商业化进程仍面临诸多挑战。首先，生产工艺复杂且成本高昂。高质量碳纳米管的合成需要对温度、压力和催化剂成分等参数进行精确控制，这种复杂性导致生产成本居高不下。其次，碳纳米管容易聚集，难以在基质中均匀分散，这会影响最终产品的性能。此外，碳纳米管的毒性和健康风险也不容忽视。研究表明，某些类型的碳纳米管可能对肺部造成损伤，这引发了对其在生产过程中安全性的担忧。

碳纳米管作为新一代电子材料，其发展前景令人期待。随着制备工艺的不断优化和成本的逐步降低，碳纳米管有望在更多领域实现商业化应用。特别是在柔性电子、高性能电池和智能穿戴设备等领域，碳纳米管的应用将为产品创新提供新的可能。然而，要实现这一目标，还需要在材料科学、工艺工程和安全性评估等方面持续投入，以克服当前面临的挑战。

总体而言，碳纳米管在电子行业的应用前景广阔，但其商业化之路仍需时日。通过持续的研究和创新，这一前沿材料有望在未来电子技术发展中扮演更加重要的角色。