碳纳米管的种类繁多,以下是一些常见的分类方式及对应的种类,以及它们在行业中的用途:
按碳原子层数分类
单壁碳纳米管:由一层石墨烯片卷曲而成,典型直径为0.6-2nm,直径分布范围小,缺陷少,具有高度均匀一致性,但价格昂贵,制备困难。
多壁碳纳米管:由两层以上的石墨烯片卷成的无缝同心圆柱,层数可从两层到十几层,其外径一般从几纳米到十几纳米,内径从0.5纳米到几纳米,长度从几微米到十几微米,甚至可达到毫米级,制备相对容易,在复合材料中经常使用。
按结构特征分类
扶手椅型碳纳米管:当碳纳米管的手性指数(n,m)满足n=m时,称为扶手椅型碳纳米管,手性角(螺旋角)为30°。
锯齿型碳纳米管:当n>m=0时,称为锯齿型碳纳米管,手性角(螺旋角)为0°。
手性碳纳米管:当n>m≠0时,称为手性碳纳米管,具有独特的光学和电学性质。
按其他方式分类
按是否含有管壁缺陷:分为完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。
按外形均匀性和整体形态:可分为直管型、碳纳米管束、Y型、蛇型等。
按定向性:可分为定向碳纳米管和非定向碳纳米管。
碳纳米管的用途
锂电池领域:作为新型导电剂,能提升锂电池的能量密度、快充性能和循环寿命。在正负极材料中添加,可提高电子传输速率、改善电极充放电效率和使用寿命。
电子器件领域:用于制造晶体管、触摸屏、传感器等。例如,碳纳米管晶体管开关速度更快、功耗更低;碳纳米管触摸屏柔韧性和导电性更好,适用于柔性电子设备。
复合材料领域:添加到高分子材料、金属材料等中,可提高材料的力学性能、导电性能和热性能。在航空航天领域,可用于制造飞机的机翼、机身等结构部件;在体育器材领域,可用于制造自行车车架、网球拍等。
能源存储与转换领域:除锂电池外,还可应用于超级电容器、燃料电池、太阳能光伏电池等。在超级电容器中,可提高电极的导电性和电容性能;在燃料电池中,可作为催化剂载体,提高催化剂的活性和稳定性;在太阳能光伏电池中,可提高电池的光电转换效率。