به عنوان نماینده ترین نانومواد تک بعدی،نانولوله های کربنی تک جداره(SWCNTs) خواص فیزیکی و شیمیایی بسیار خوبی دارند.با تحقیقات عمیق مستمر در زمینه پایه و کاربرد نانولوله‌های کربنی تک جداره، آنها چشم‌انداز کاربرد گسترده‌ای را در بسیاری از زمینه‌ها از جمله دستگاه‌های الکترونیکی نانو، تقویت‌کننده‌های مواد کامپوزیتی، رسانه‌های ذخیره‌سازی انرژی، کاتالیزورها و حامل‌های کاتالیزور، حسگرها، میدانی نشان داده‌اند. ساطع کننده ها، فیلم های رسانا، مواد زیست نانو و غیره که برخی از آنها قبلاً به کاربردهای صنعتی دست یافته اند.

خواص مکانیکی نانولوله های کربنی تک جداره

اتم های کربن نانولوله های کربنی تک جداره با پیوندهای کووالانسی CC بسیار قوی ترکیب می شوند.از ساختار حدس زده می شود که آنها دارای استحکام محوری، برمسترالونگ و مدول الاستیک بالایی هستند.محققان فرکانس ارتعاش انتهای آزاد نانولوله‌های کربنی را اندازه‌گیری کردند و دریافتند که مدول نانولوله‌های کربنی یانگ می‌تواند به ۱Tpa برسد که تقریباً برابر با مدول الماس یانگ است که حدود ۵ برابر فولاد است.SWCNT ها دارای استحکام محوری بسیار بالایی هستند که حدود 100 برابر فولاد است.کرنش الاستیک نانولوله های کربنی تک جداره 5% تا 12% است که حدود 60 برابر فولاد است.CNT دارای چقرمگی و خم شدن عالی است.

نانولوله‌های کربنی تک جداره تقویت‌کننده‌های عالی برای مواد کامپوزیتی هستند که می‌توانند خواص مکانیکی عالی خود را به مواد کامپوزیتی منتقل کنند، به طوری که مواد کامپوزیتی استحکام، چقرمگی، کشش و مقاومت در برابر خستگی را نشان می‌دهند که در اصل فاقد آن هستند.از نظر نانو کاوشگر، از نانولوله های کربنی می توان برای ساخت نوک کاوشگر اسکن با وضوح بالاتر و عمق تشخیص بیشتر استفاده کرد.

خواص الکتریکی نانولوله های کربنی تک جداره

ساختار لوله‌ای مارپیچی نانولوله‌های کربنی تک جداره خواص الکتریکی منحصر به فرد و عالی آن را تعیین می‌کند.مطالعات نظری نشان داده است که به دلیل انتقال بالستیک الکترون ها در نانولوله های کربنی، ظرفیت حمل جریان آنها به 109A/cm2 می رسد که 1000 برابر بیشتر از مس با رسانایی خوب است.قطر یک نانولوله کربنی تک جداره حدود 2 نانومتر است و حرکت الکترون ها در آن رفتار کوانتومی دارد.تحت تأثیر فیزیک کوانتومی، با تغییر قطر و حالت مارپیچی SWCNT، شکاف انرژی باند ظرفیت و نوار هدایت را می توان از تقریباً صفر به 1eV تغییر داد، رسانایی آن می تواند فلزی و نیمه هادی باشد، بنابراین رسانایی نانولوله های کربنی می تواند با تغییر زاویه کایرالیته و قطر تنظیم شود.تاکنون هیچ ماده دیگری مانند نانولوله های کربنی تک جداره پیدا نشده است که بتواند به طور مشابه شکاف انرژی را با تغییر آرایش اتم ها تنظیم کند.

نانولوله های کربنی مانند گرافیت و الماس رسانای حرارتی عالی هستند.نانولوله های کربنی مانند رسانایی الکتریکی خود، رسانایی حرارتی محوری بسیار خوبی دارند و مواد رسانای حرارتی ایده آلی هستند.محاسبات تئوری نشان می دهد که سیستم رسانش حرارتی نانولوله کربنی (CNT) دارای یک مسیر آزاد متوسط ​​بزرگ از فونون ها است، فونون ها می توانند به آرامی در طول لوله منتقل شوند و هدایت حرارتی محوری آن حدود 6600W/m•K یا بیشتر است که شبیه به هدایت حرارتی گرافن تک لایهمحققان اندازه گیری کردند که رسانایی حرارتی نانولوله کربنی تک جداره (SWCNT) در دمای اتاق نزدیک به 3500W/m•K است که بسیار بیشتر از الماس و گرافیت (~2000W/m•K) است.اگرچه عملکرد تبادل حرارتی نانولوله‌های کربنی در جهت محوری بسیار بالا است، عملکرد تبادل حرارتی آنها در جهت عمودی نسبتاً پایین است و نانولوله‌های کربنی به دلیل خواص هندسی خود محدود شده‌اند و سرعت انبساط آنها تقریباً صفر است، بنابراین حتی بسیاری از آنها نانولوله های کربنی که در یک بسته نرم افزاری قرار می گیرند، گرما از یک نانولوله کربنی به نانولوله کربنی دیگر منتقل نمی شود.

رسانایی حرارتی عالی نانولوله‌های کربنی تک جداره (SWCNT) به عنوان یک ماده عالی برای سطح تماس رادیاتورهای نسل بعدی در نظر گرفته می‌شود که می‌تواند آنها را به یک عامل هدایت حرارتی برای رادیاتورهای تراشه‌های CPU کامپیوتر در آینده تبدیل کند.رادیاتور CPU نانولوله کربنی که سطح تماس آن با CPU کاملاً از نانولوله های کربنی ساخته شده است، دارای رسانایی حرارتی 5 برابر مواد مسی رایج است.در عین حال، نانولوله‌های کربنی تک جداره دارای چشم‌اندازهای کاربردی خوبی در مواد کامپوزیتی با هدایت حرارتی بالا هستند و می‌توانند در اجزای مختلف با دمای بالا مانند موتورها و موشک‌ها استفاده شوند.

خواص نوری نانولوله های کربنی تک جداره

ساختار منحصر به فرد نانولوله های کربنی تک جداره، خواص نوری منحصر به فردی را ایجاد کرده است.طیف‌سنجی رامان، طیف‌سنجی فلورسانس و طیف‌سنجی فرابنفش-مرئی-نزدیک مادون قرمز به طور گسترده در مطالعه خواص نوری آن استفاده شده است.طیف‌سنجی رامان رایج‌ترین ابزار تشخیصی برای نانولوله‌های کربنی تک جداره است.حالت ارتعاش مشخصه نانولوله های کربنی تک جداره حالت ارتعاشی تنفسی حلقه ای (RBM) در حدود 200 نانومتر ظاهر می شود.از RBM می توان برای تعیین ریزساختار نانولوله های کربنی و تعیین اینکه آیا نمونه حاوی نانولوله های کربنی تک جداره است یا خیر، استفاده کرد.

خواص مغناطیسی نانولوله های کربنی تک جداره

نانولوله های کربنی دارای خواص مغناطیسی منحصر به فردی هستند که ناهمسانگرد و دیامغناطیسی هستند و می توانند به عنوان مواد فرومغناطیسی نرم استفاده شوند.برخی از نانولوله های کربنی تک جداره با ساختار خاص نیز دارای ابررسانایی هستند و می توان از آنها به عنوان سیم های ابررسانا استفاده کرد.

عملکرد ذخیره سازی گاز نانولوله های کربنی تک جداره

ساختار لوله‌ای یک‌بعدی و نسبت بزرگ طول به قطر نانولوله‌های کربنی تک جداره باعث می‌شود که حفره لوله توخالی اثر مویرگی قوی داشته باشد، به طوری که ویژگی‌های جذب، ذخیره‌سازی گاز و نفوذ منحصربه‌فردی دارد.بر اساس گزارش‌های تحقیقاتی موجود، نانولوله‌های کربنی تک جداره مواد جذبی با بیشترین ظرفیت ذخیره‌سازی هیدروژن هستند که بسیار فراتر از سایر مواد سنتی ذخیره‌سازی هیدروژن هستند و به توسعه سلول‌های سوختی هیدروژنی کمک می‌کنند.

فعالیت کاتالیزوری نانولوله های کربنی تک جداره

نانولوله های کربنی تک جداره دارای رسانایی الکترونیکی عالی، پایداری شیمیایی بالا و سطح ویژه بزرگ (SSA) هستند.آنها می توانند به عنوان کاتالیزور یا حامل کاتالیزور استفاده شوند و فعالیت کاتالیزوری بالاتری دارند.مهم نیست در کاتالیز ناهمگن سنتی، یا در الکتروکاتالیز و فوتوکاتالیز، نانولوله های کربنی تک جداره پتانسیل های کاربردی زیادی را نشان داده اند.

گوانگژو هونگ‌وو نانولوله‌های کربنی تک جداره با کیفیت بالا و پایدار با طول، خلوص (99-91 درصد) مختلف، انواع عامل‌دار عرضه می‌کند.همچنین پراکندگی را می توان سفارشی کرد.