1. Die Festigkeit ist 100-mal höher als die von Stahl, die Dichte nur 1/6 -. Mechanischer König
Kohlenstoffnanoröhren gehören zu den mechanisch leistungsstärksten Materialien, die jemals von der Menschheit entdeckt wurden. Die Zugfestigkeit ist 100-mal höher als die von Stahl, während das Gewicht nur 1/6 des Gewichts von Stahl beträgt -, wirklich „leicht und dennoch stark“.
Kohlenstoffnanoröhren werden als „König der neuen Materialien“ bezeichnet und ihre mechanischen Eigenschaften sind der beeindruckendste „Trumpf“.
Theoretischen Berechnungen zufolge ist die Festigkeit von Kohlenstoffnanoröhren 100-mal so hoch wie die von Stahl, der Elastizitätsmodul ist fast 6-mal so hoch wie die von Stahl und die Dichte beträgt nur 1/6 so viel wie die von Stahl. Noch intuitiver ist ein Vergleich, der in zusammengestellten Materialien der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zitiert wird: Im Vergleich zu hochfestem Stahl nach ASTM A228 ist die Festigkeit von Kohlenstoffnanoröhren 270-mal höher und die Elastizität etwa fünfmal höher.
| Leistungsindikator | Kohlenstoffnanoröhren | Stahl |
|---|---|---|
| Zugfestigkeit | 50–200 GPa | 0,4–1,5 GPa |
| Dichte | 1,3-1,6 g/cm³ | 7,9 g/cm³ |
| Stärke-zu-Gewichtsverhältnis | 100-mal so viel wie Stahl | Grundlinie |
Noch bemerkenswerter ist, dass Kohlenstoffnanoröhren „hart, aber nicht spröde“ sind. Unter enormem Druck von außen können sich Kohlenstoffnanoröhren verbiegen, kräuseln oder sogar verdrehen, aber sie brechen nicht. Wenn die äußere Kraft nachlässt, kehren sie in ihre ursprüngliche Form zurück. Diese Kombination aus „stark + zäh“ ist bei technischen Werkstoffen äußerst selten.
Aus diesem Grund erwägen Wissenschaftler auch die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren zum Bau eines „Weltraumaufzugs“ - Es ist das einzige derzeit bekannte Material, das potenziell eine Distanz von 380.000 Kilometern überbrücken könnte, ohne durch sein eigenes Gewicht zu zerbrechen.
2. Die Leitfähigkeit wird nur von Supraleitern übertroffen - Electrical King
Die elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren ist theoretisch nach Supraleitern die zweitgrößte. Ihre aktuelle-Belastbarkeit ist 1000-mal so hoch wie die von Kupfer und sie sind das einzige einzelne Material, das sowohl als Metall als auch als Halbleiter dienen kann.
Die „königliche Aura“ von Kohlenstoffnanoröhren liegt nicht nur im „Widerstand“, sondern auch im „schnellen Übertragen“.
In Kohlenstoffnanoröhren sind Kohlenstoffatome in einer regelmäßigen sechseckigen Wabenstruktur angeordnet. Bei dieser Struktur ist der Konjugationseffekt erheblich, der es den Elektronen ermöglicht, sich aus der Bindung einzelner Kohlenstoffatome zu lösen und sich über einen größeren Bereich frei zu bewegen. Theoretisch ist die elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren nach Supraleitern die zweitgrößte.
Um es in Zahlen auszudrücken: Die aktuelle-Belastbarkeit von Kohlenstoffnanoröhren ist 1000-mal so hoch wie die von Kupferdraht.
Noch wichtiger ist, dass Kohlenstoffnanoröhren je nach „Rollwinkel“ (Chiralität) entweder metallisch oder halbleitend sein können - und sogar verschiedene Teile derselben Röhre können unterschiedliche Leitfähigkeiten aufweisen. Sie können sowohl als Drähte als auch als Chips dienen, was ihr Anwendungspotenzial im Elektronikbereich beispiellos macht.
Untersuchungen zeigen, dass Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Prozessoren doppelt so schnell laufen wie Silizium-Prozessoren und dabei nur ein Drittel der Energie verbrauchen. Sobald Kohlenstoffnanoröhren Silizium vollständig ersetzen, muss „Silicon Valley“ möglicherweise tatsächlich seinen Namen ändern.
3. Die Wärmeleitfähigkeit ist 3-mal höher als die von Diamant – Thermal King
Kohlenstoffnanoröhren sind eines der besten bisher bekannten wärmeleitenden Materialien mit einer theoretischen Wärmeleitfähigkeit, die etwa drei- bis sechsmal so hoch ist wie die von Diamant.
Die Wärmeleitfähigkeit ist ein wichtiger Indikator dafür, ob ein Material in elektronischen Hochleistungsgeräten und im Wärmemanagement von Raumfahrzeugen verwendet werden kann.
Diamant galt lange Zeit als bester natürlicher Wärmeleiter, doch Kohlenstoffnanoröhren brechen diesen Rekord. Theoretisch ist die Wärmeleitfähigkeit von Kohlenstoffnanoröhren etwa 3-mal so hoch wie die von Diamant. Eine einwandige Kohlenstoffnanoröhre kann bei Raumtemperatur eine Wärmeleitfähigkeit von bis zu 3500 W·m⁻¹·K⁻¹ erreichen und damit die von Diamant übertreffen.
Kohlenstoffnanoröhren können Wärme entlang ihrer Länge schnell leiten. Diese Eigenschaft der „gerichteten Wärmeleitung“ macht sie zu idealen Materialien für die Wärmeableitung von Chips und den Wärmeschutz von Raumfahrzeugen.
4. Säure- und alkalibeständig, oxidationsbeständig, kann Wellen absorbieren - Chemischer und funktioneller König
Kohlenstoffnanoröhren weisen eine ausgezeichnete chemische Stabilität auf und sind beständig gegen Säuren und Laugen sowie gegen Oxidation. Sie können auch Mikrowellen effizient absorbieren und zeichnen sich durch Tarnmaterialien, elektromagnetische Abschirmung und andere Bereiche aus.
Die „königliche Aura“ von Kohlenstoffnanoröhren beschränkt sich nicht nur auf Mechanik, Elektrizität und Wärme -, sie sind auch sehr „langlebig“.
Kohlenstoffnanoröhren sind chemisch stabil und säure- und alkalibeständig. Durch die Zugabe von Kohlenstoffnanoröhren zu Polymerverbundwerkstoffen kann die Säurebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit der Materialien selbst verbessert werden, sodass sie für anspruchsvolle Umgebungen wie Luft- und Raumfahrt, Luftfahrt, Landesverteidigung und militärische Anwendungen geeignet sind.
Es gibt auch eine einzigartige „Trumpf“-Funktion - Wellenabsorption. Aufgrund ihrer besonderen Struktur und dielektrischen Eigenschaften weisen Kohlenstoffnanoröhren eine starke Breitband-Mikrowellenabsorptionsleistung auf, die in Stealth-Materialien, Materialien zur elektromagnetischen Abschirmung und Materialien zur Absorption schalltoter Kammern verwendet werden kann. Das bedeutet, dass zukünftige Stealth-Kampfflugzeuge und elektromagnetische Schutzausrüstungen möglicherweise auf diesem „schwarzen Gold“-Material basieren.
5. deckt bereits Luft- und Raumfahrt → Automobil → Sportartikel ab - Application King
Die Anwendungen von Kohlenstoffnanoröhren haben sich bereits von der „Science-Fiction“ zur Realität entwickelt und erstrecken sich über Billionen-Yuan-Märkte wie Luft- und Raumfahrt, Automobil, Energie und Sportartikel und bewegen sich in Richtung einer industriellen Größenordnung von hundert-Milliarden-Yuan.
Der „König der neuen Materialien“ „regiert“ nicht nur im Labor. Die Anwendungslandschaft von Kohlenstoffnanoröhren wächst rasant.
Luft- und Raumfahrt:Kohlenstoffnanoröhren/Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe wurden bereits in den Zwischenstufenabschnitten der Rakete „Langer Marsch 12“ verwendet, um ein geringes Gewicht und eine hohe Festigkeit zu erreichen -, wirklich ein Material, das „im Weltraum war“.
Automobilindustrie:Mit Kohlenstoffnanoröhren-verstärkte Polymerverbundstoffe werden in Abgassystemen und Karosseriekomponenten verwendet. Eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts um 25 % könnte den Rohölverbrauch um bis zu 250 Millionen Barrel pro Jahr senken.
Sportartikel:Kohlenstoffnanoröhren haben Eingang in hochwertige Sportgeräte wie Tennisschläger, Fahrradrahmen und Golfschläger gefunden und sind - leichter, stärker und langlebiger.
Energie/Lithiumbatterien:Als leitfähiger Zusatzstoff werden Kohlenstoffnanoröhren in der Lithiumbatterieindustrie häufig eingesetzt, wobei die Nachfrage mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 40,8 % wächst.
Von Raketen bis zu Schlägern, von Batterien bis zu Tarnkappen-Kampfflugzeugen – Kohlenstoffnanoröhren verwandeln sich vom „Laborwunder“ zum „Industrievitamin“.
Shandong Tanfeng New Material: Der industrielle Förderer von Chinas „König der neuen Materialien“
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. fördert die Lokalisierung von Kohlenstoffnanoröhren mit einer monatlichen Produktion von 200 Tonnen, die das gesamte Spektrum einwandiger/mehrwandiger Röhren abdeckt und strategisch in sieben Hauptrichtungen positioniert ist, darunter neue Energiefahrzeuge, Luft- und Raumfahrt und Schienenverkehr.
Kohlenstoffnanoröhren werden als „König der neuen Materialien“ bezeichnet, aber ein „König“ braucht auch jemanden, der sie vom Labor an die Produktionslinie „einlädt“.
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. ist genau ein solches Unternehmen. Das Unternehmen hält mehr als zehn aktive Patente im Zusammenhang mit Kohlenstoffnanoröhren und Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien. Seine Produkte decken das gesamte Spektrum an einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, mehrwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, leitfähigen Pasten und Silizium-Kohlenstoff-Anodenmaterialien ab.
Die Produkte der TF-400-Serie des Unternehmens werden in modifizierten, hoch-leitfähigen und hoch-wärmeleitfähigen, verstärkten Materialien mit ausgezeichneter Hitze- und Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. Tanfeng New Material treibt den „König der neuen Materialien“ mit der Kraft der chinesischen Fertigung auf ein breiteres industrielles Schlachtfeld.
Zusammenfassung in einem-Satz:Kohlenstoffnanoröhren werden als „König der neuen Materialien“ bezeichnet, nicht weil sie sich durch eine bestimmte Eigenschaft auszeichnen, sondern weil sie gleichzeitig fünf „Trumpfkarten“ besitzen: stärkste, leitfähigste, beste Wärmeübertragung, größte Stabilität und breiteste Anwendung.
Von der Entdeckung der Kohlenstoffnanoröhren durch den japanischen Wissenschaftler Sumio Iijima im Jahr 1991 über deren Verwendung zur Gewichtsreduzierung in der Rakete „Langer Marsch 12“ bis hin zur monatlichen Produktion von 200 Tonnen von Shandong Tanfeng New Material zur Förderung der Lokalisierung - treten Kohlenstoffnanoröhren vom Thron des „Königs der Materialien“ zurück und dringen in alle Industriebereiche vor, die „stärker, leichter und schneller“ sein müssen. Das ist der wahre Grund, warum sie den Titel „König“ verdienen.