原子结构如何影响碳纳米管的不同性质

由于材料的独特特性，碳纳米管在科学研究和商业应用中都引起了极大的兴趣。卡尔斯塔德大学的一篇新论文着眼于原子结构如何影响材料的不同特性。

“目前，碳纳米管的测量标准太少，也没有适当的分类系统， ”刚刚发表论文的物理学博士马蒂亚斯·弗莱格 (Mattias Flygare) 说。我研究了结晶度对不同特性的影响，例如管的弯曲刚度和导电性。

众所周知，如果管子具有完美的原子结构，这些特性将非常出色;然而，这在现实中很少见。相反，研究人员观察到管壁由各种具有良好原子结构的大“颗粒”拼凑而成。这些微晶晶粒的尺寸以及其他缺陷赋予了材料不同的特性。

碳纳米管是由碳原子组成的非常薄且轻的中空管，其壁只有一个原子厚。管壁就像一张卷成圆柱体的石墨片，六边形图案形成了片材。由于其独特的机械、电学和热学特性，碳纳米管为科学研究和工业和商业应用提供了巨大的潜力，例如在复合材料行业，但使用领域比这更广泛。

完美图案的颗粒

“我研究了原子结构中不同的不规则性对材料特性的影响程度，”Mattias Flygare 说。为了研究原子结构，我使用了我们的透射电子显微镜在卡尔斯塔德大学。显微镜使用电子束而不是可见光来分析材料，这使得可以在纳米级(即十亿分之一米)观察管子，这非常小。例如，我的研究表明，特性对管壁内原子的顺序和周期性的依赖性并不总是完全线性的，在某些临界点上，只要稍微增加结晶度就可以显着改善特性。这是一个非常有趣的结果，表明需要对碳纳米管的表征方法进行更多的研究和开发，以便将正确的管用于正确的目的，并进一步开发管的生产方法。”

透射电子显微镜

使用这种技术，您可以绕过可见光的分辨率限制，大约为 1 微米，并降低到大约 100 皮米，即 0.1 纳米，这足以分辨单个原子。在大学的显微镜内，还可以使用可在纳米级别控制的定制探针来操纵碳纳米管。

“我们的电子显微镜位于 21 号房屋中，但它与房屋其他部分的振动完全隔离，”Mattias Flygare 说。“如果显微镜与房子有接触，只需要一个人在房间外的走廊上走动，就会产生振动，使图像变得模糊且无法使用。”

碳纳米管的应用领域

今天，碳纳米管在许多不同的产品中都有应用，研究人员继续探索使用这种材料的创造性新方法。碳纳米管存在于各种复合材料中，例如网球拍和自行车等运动器材中，因为它能够提高强度并减轻重量。由于它的导电性，它在各种电子产品中也很有用，而且还有更多奇特的用途即将出现。

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