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universemaster木虫 (正式写手)
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碳纳米管及其研究进展
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碳纳米管复合材料 碳纳米管具有很高的轴向强度和刚度，理论预测其强度大约为钢的100倍，而密度只有钢的1/6，并具有良好的柔韧性，被誉为超级纤维，因此碳纳米管常用作复合材料的增强体。同时，它优良的导电、导热能力可改善复合材料的功能性。碳纳米管作为增强相或导电相已填加到聚合物、金属及陶瓷基体中。目前报道的碳纳米管/聚合物复合材料可分为两类：第一类是以碳纳米管为主体，把聚合物修饰在碳纳米管壁上，以增加碳纳米管的溶解度，使其光电性质的应用和作为化学试剂在溶液中进行化学操纵得以实现。另一类是以聚合物为主体，碳纳米管作填充材料，主要针对导电聚合物材料，目的是改善导电聚合物的力学和导电性质。例如通过添加CNTs可明显改善聚四氟乙烯(PTFE)的摩擦性能和耐磨性能。当CNTs的体积分数为20%时，CNTs/PTFE复合材料的磨损率可降低至纯PTFE的1/290。近年来，经过不断地努力，金属与陶瓷基碳纳米管复合材料的研究取得了很大的进展。碳纳米管通常作为金属的增强材料来提高金属材料的强度、硬度、耐摩擦、磨损性能以及热稳定性；而对于陶瓷体系，主要是用碳纳米管来改善陶瓷材料的韧性、及电学、热学性质。 在电子器件上的研究进展 随着芯片集成度的不断提高，集成电路的基础元件——MOS晶体管的尺寸越来越小，将接近器件的物理极限。而碳纳米管以其纳米尺寸的结构、特殊的电学性能为人们带来了新的希望。碳纳米管的基本组成单元是六元环，而且碳纳米管可因其取向、直径和外加电压的不同而表现出金属、半导体特性，这使得人们有可能通过引入五元环可七元环等拓扑缺陷来实现“全碳纳米管”器件，即用金属型碳纳米管作引线和电极材料，而用半导体型的碳纳米管作开关器件，这将具有极大的吸引力。在进入纳米电子器件时代的过程中，碳纳米管器件被认为是其中的一个重要方向。 碳纳米管电子器件的发展将主要经历如下几个阶段：首先，研究清楚碳纳米管的电学性质；其次，研制出基于碳纳米管的电子器件基元，即对应于硅基微电子学中的电子器件基元，如二极管、场效应晶体管（FET）等；再次，用这些碳纳米管的电子器件构建出具有一定功能的逻辑电路；最后就是将这些电路集成化，保证其可控性和可重复性，实现工业化大规模生产。目前，碳纳米管电子学研究的前两个阶段已取得了很大进展，第三个阶段的研究工作正在展开，已有关于碳纳米管的逻辑电路的报道。虽然目前在构建器件和单个逻辑电路时,可以对半导体型和金属型碳纳米管进行筛选，但是在大规模生产中很难保证碳纳米管电学性质的一致性；另外就是大规模电路中数量极大的碳纳米管的定位和操纵问题。当这些问题被解决之后,碳纳米管器件将突飞猛进的发展。 |
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