1. Tugevus on 100 korda suurem kui teras, tihedus ainult 1/6 - mehaaniline kuningas
Süsiniknanotorud on üks parimaid mehaanilisi jõudlusmaterjale, mille inimkond on kunagi avastanud. Tõmbetugevus on 100 korda suurem terasest, samas kui kaal on vaid 1/6 terasest - tõeliselt "kerge, kuid tugev".
Süsiniknanotorusid nimetatakse "uute materjalide kuningaks" ja nende mehaanilised omadused on kõige muljetavaldavamad "trumbid".
Teoreetiliste arvutuste kohaselt on süsiniknanotorude tugevus terasest 100 korda suurem, Youngi moodul ligi 6 korda suurem terasest ja tihedus vaid 1/6 terasest. Hiina Teaduste Akadeemia koostatud materjalides tsiteeritud võrdlus on veelgi intuitiivsem: võrreldes ASTM A228 ülitugeva{6} terasega on süsiniknanotorude tugevus 270 korda suurem ja elastsus umbes 5 korda suurem.
| Jõudlusnäitaja | Süsiniknanotorud | Teras |
|---|---|---|
| Tõmbetugevus | 50-200 GPa | 0,4-1,5 GPa |
| Tihedus | 1,3-1,6 g/cm³ | 7,9 g/cm³ |
| Tugevuse-ja-kaalu suhe | 100 korda suurem kui terasest | Lähtejoon |
Veelgi tähelepanuväärsem on see, et süsiniknanotorud on "kõvad, kuid mitte rabedad". Tohutu välissurve all võivad süsinik-nanotorud painduda, kõverduda või isegi väänduda, kuid nad ei purune. Välise jõu vabastamisel naasevad nad oma esialgsele kujule. Selline kombinatsioon "tugev + sitke" on tehnilistes materjalides äärmiselt haruldane.
See on ka põhjus, miks teadlased näevad ette süsinik-nanotorude kasutamist "kosmoselifti" ehitamiseks - see on ainus praegu teadaolev materjal, mis võib potentsiaalselt läbida 380 000 kilomeetrit, ilma et see oma raskusega puruneks.
2. Juhtivus on ülijuhtide järel teisel kohal - Elektrikuningas
Süsiniknanotorude elektrijuhtivus on teoreetiliselt ülijuhtide järel teisel kohal. Nende praegune-kandevõime on 1000 korda suurem kui vasel ja need on ainukesed materjalid, mis võivad toimida nii metalli kui ka pooljuhina.
Süsinik-nanotorude "kuninglik aura" ei seisne mitte ainult "vastupidavas", vaid ka "kiires edastamises".
Süsinik-nanotorudes paiknevad süsinikuaatomid korrapärase kuusnurkse kärgstruktuurina. Selle struktuuri korral on konjugatsiooniefekt märkimisväärne, võimaldades elektronidel vabaneda üksikute süsinikuaatomite membraanidest ja liikuda vabalt suuremas vahemikus. Teoreetiliselt on süsiniknanotorude elektrijuhtivus ülijuhtide järel teisel kohal.
Andmeterminites öeldes on süsinik-nanotorude praegune{0}}kandevõime 1000 korda suurem vasktraadi omast.
Veelgi olulisem on see, et olenevalt "rullumisnurgast" (kiraalsusest) võivad süsinik-nanotorud olla kas metallist või pooljuhtivast - ja isegi sama toru erinevatel osadel võib olla erinev juhtivus. Neid saab kasutada nii juhtmete kui ka kiipidena, muutes nende kasutuspotentsiaali elektroonikavaldkonnas võrratuks.
Uuringud näitavad, et süsinik-nanotoru protsessorid töötavad 2 korda kiiremini kui räniprotsessorid, tarbides samal ajal vaid 1/3 võimsusest. Kui süsiniknanotorud räni täielikult asendavad, võib "Silicon Valley" tõesti oma nime muuta.
3. Soojusjuhtivus on 3-6 korda suurem teemandi omast – Thermal King
Süsiniknanotorud on üks parimaid seni teadaolevaid soojusjuhtivusmaterjale, mille teoreetiline soojusjuhtivus on umbes 3–6 korda suurem teemandi omast.
Soojusjuhtivus on võtmenäitaja, mille abil saab otsustada, kas materjali saab kasutada suure võimsusega{0}}elektroonilistes seadmetes ja kosmoselaevade soojusjuhtimises.
Teemanti on pikka aega peetud parimaks looduslikuks soojusjuhiks, kuid süsiniknanotorud purustavad seda rekordit. Teoreetiliselt on süsiniknanotorude soojusjuhtivus umbes 3-6 korda suurem teemandi omast. Üheseinalise süsiniknanotoru toatemperatuuril võib soojusjuhtivus olla kuni 3500 W·m⁻¹·K⁻¹, ületades teemandi.
Süsiniknanotorud võivad kogu pikkuses soojust kiiresti juhtida. See "suunatud soojusjuhtivus" muudab need ideaalseteks materjalideks kiibi soojuse hajutamiseks ja kosmoselaevade soojuskaitseks.
4. Happe- ja leeliskindel, oksüdatsioonikindel, neelab laineid - Keemiline ja funktsionaalne kuningas
Süsiniknanotorudel on suurepärane keemiline stabiilsus, need on vastupidavad hapetele ja leelistele ning oksüdatsioonile. Samuti suudavad nad tõhusalt neelata mikrolaineid, eristades end varjatud materjalides, elektromagnetilises varjestuses ja muudes väljades.
Süsiniknanotorude "kuninglik aura" ei piirdu mehaanika, elektri ja soojusega -, need on ka väga "vastupidavad".
Süsiniknanotorud on keemiliselt stabiilsed, happe- ja leeliskindlusega. Süsiniknanotorude lisamine polümeerkomposiitidele võib parandada materjalide endi happekindlust ja oksüdatsioonikindlust, muutes need sobivaks nõudlikesse keskkondadesse, nagu lennundus, lennundus, riigikaitse ja sõjalised rakendused.
Samuti on unikaalne "trumbi" funktsioon - laine neeldumine. Tänu oma erilisele struktuurile ja dielektrilistele omadustele on süsinik-nanotorudel tugev lairiba mikrolaine neeldumine, mida saab kasutada varjatud materjalides, elektromagnetilistes varjestusmaterjalides ja kajavabas kambris neelavates materjalides. See tähendab, et tulevased varghävituslennukid ja elektromagnetilised kaitseseadmed võivad tugineda sellele "musta kulla" materjalile.
5. Hõlmab juba lennundust → autot → sporditarbeid - Rakenduskuningas
Süsiniknanotorude rakendused on juba liikunud "ulmekirjandusest" reaalsusesse, hõlmates triljoni-jüaani turge, nagu lennundus, autotööstus, energia ja sporditarbed, ning liiguvad saja-miljardi-jüaani tööstusliku mastaabi suunas.
"Uute materjalide kuningas" ei "valitse" ainult laboris. Süsiniknanotorude rakendusmaastik laieneb kiiresti.
Lennundus:Süsinik-nanotoru/alumiiniummaatriksi komposiite on juba kasutatud raketi Long March 12 astmetevahelistes osades, saavutades kerge ja suure tugevusega - tõeliselt materjali, mis on "kosmoses käinud".
Autotööstus:Süsinik-nanotoruga{0}}tugevdatud polümeerkomposiite on kasutatud heitgaasisüsteemides ja kerekomponentides. Sõidukite massi vähendamine 25% võrra võib vähendada toornafta tarbimist kuni 250 miljoni barreli võrra aastas.
Spordikaubad:Süsiniknanotorud on levinud tipptasemel-spordivarustuses, nagu tennisereketid, jalgrattaraamid ja golfikepid, - kergemad, tugevamad ja vastupidavamad.
Energia/liitiumakud:Juhtiva lisandina on süsiniknanotorusid laialdaselt kasutatud liitiumakutööstuses, kusjuures nõudlus kasvab 40,8% aastas.
Süsiniknanotorud muutuvad "laboriimest" "tööstuslikuks vitamiiniks" alates rakettidest kuni reketiteni, akudest kuni varglennukiteni.
Shandong Tanfengi uus materjal: Hiina "uute materjalide kuninga" tööstuslik edendaja
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. edendab süsinik-nanotorude lokaliseerimist, tootes kuus 200 tonni, mis hõlmab kõiki ühe-seinaga/mitme{4}}seinaga torusid ning mis on strateegiliselt paigutatud seitsmes peamises suunas, sealhulgas uued energiasõidukid, lennundus ja raudteetransiit.
Süsiniknanotorusid nimetatakse "uute materjalide kuningaks", kuid "kuningas" vajab ka kedagi, kes ta laborist tootmisliinile "kutsuks".
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. on täpselt selline ettevõte. Ettevõttel on enam kui kümme aktiivset patenti, mis on seotud süsinik-nanotorude ja räni{3}süsinikanoodi materjalidega. Selle tooted hõlmavad kõiki ühe-seinaga süsinik-nanotorusid, mitme-seinaga süsinik-nanotorusid, juhtivaid pastasid ja räni-süsinikanoodi materjale.
Ettevõtte TF-400-seeria tooteid on kasutatud modifitseeritud kõrge-juhtivusega ja suure-soojusjuhtivusega tugevdatud materjalides, millel on suurepärane kuumus- ja korrosioonikindlus. Tanfeng New Material juhib "uute materjalide kuningat" laiema tööstusliku lahinguvälja poole Hiina tootmise jõul.
Ühe{0}}lause kokkuvõte:Süsinik-nanotorusid ei nimetata "uute materjalide kuningaks" mitte sellepärast, et nad paistaksid silma ühe konkreetse omaduse poolest, vaid seetõttu, et neil on samaaegselt viis "trumbikaarti": tugevaim, juhtivam, parim soojusülekanne, kõige stabiilsem ja laiem rakendus.
Alates süsiniknanotorude avastamisest Jaapani teadlase Sumio Iijima poolt 1991. aastal kuni nende kasutamiseni Long March 12 raketi kaalu vähendamiseks kuni Shandong Tanfeng New Materiali igakuise 200-tonnise toodanguni, mis soodustab lokaliseerimist - süsinik-nanotorud astuvad alla "King of Materials" troonilt, mis vajab "kiiremat, kergemat ja kergemat tööstuslikku valdkonda". See on tõeline põhjus, miks nad väärivad "Kuninga" tiitlit.