多壁碳纳米管与单壁碳纳米管有以下区别:
结构方面
单壁碳纳米管:由一层碳原子卷曲而成的无缝空心圆柱筒,类似单层石墨烯片卷起来的结构,管径通常在0.6-2nm。
多壁碳纳米管:由多个同轴的不同直径的单壁碳纳米管同心排列组成,层与层之间通过范德华力相互作用,层间距约为0.34nm,最内层可达0.4nm,最粗可达数百纳米,典型管径为2-100nm。
性能方面
力学性能:单壁碳纳米管的抗拉强度和弹性模量极高,分别为~50GPa和~1000GPa,有前所未有的柔韧性;多壁碳纳米管相对较坚硬,类似石棉,在不损坏结构的前提下,不容易弯曲、扭曲等。
导热性能:单壁碳纳米管在单位质量导热系数方面超过多壁碳纳米管。
导电性能:单壁碳纳米管电子传输更直接高效,根据手征可表现出金属或半导体性能,载流量大,低添加量即可提高复合材料导电性;多壁碳纳米管导电性也较好,但逊于单壁碳纳米管。
分散性:单壁碳纳米管由于管径小,比多壁碳纳米管更难分散均匀。
制备方法方面
单壁碳纳米管:常用激光烧蚀法,制得的单壁碳纳米管纯度高,但设备昂贵复杂、操作难度大、产量低、成本高;也可用化学气相沉积法,能通过控制条件调节结构性能。
多壁碳纳米管:可通过电弧放电法制备,设备简洁、原料易得、成本相对较低,但产物杂质多、纯度不高;化学气相沉积法也适用于多壁碳纳米管生产,产量高、碳纯度高。
应用方面
单壁碳纳米管:因优异的电学性能和机械性能,常用于纳米电子器件、传感器、场发射器件、高端锂电池等领域,在提高材料强度、导电性等方面效果显著。
多壁碳纳米管:因成本较低、分散性相对较好,常用于复合材料、催化剂载体、普通电池、储能等领域,可提高复合材料的力学性能、热性能等。
成本方面
单壁碳纳米管的制备难度较大,生产过程复杂,对技术和设备要求高,导致其成本较高。多壁碳纳米管的制备相对容易,生产成本较低,在大规模应用和对成本敏感的领域更具优势。