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碳纳米管在触控面板领域的应用解析

导读: 清华大学范守善教授,从上世纪90年代起一直致力于碳纳米材料的研究,并且在国际上处于领先的地位。近日,特采访了清华大学纳米中心主任范守善教授。本期将为您介绍碳纳米管在触摸屏方面的一些应用。

  自1991年被日本科学家饭岛澄男发现以来,碳纳米管就以其完美的一维结构吸引了世界上众多科学家的关注。关于碳纳米管的研究迅速成为科技领域的一个热点,并逐渐形成了制备方法研究、物理化学性质研究和应用研究等三大研究方向。

  由于碳纳米管各种优异性质,其应用前景非常广阔,可用来制作触摸屏、单电子晶体管、场效应晶体管、原子力显微镜针尖、场发射电子枪、气体传感器、纳米模板等。

  清华大学范守善教授,从上世纪90年代起一直致力于碳纳米材料的研究,并且在国际上处于领先的地位。近日,特采访了清华大学纳米中心主任范守善教授。本期将为您介绍碳纳米管在触摸屏方面的一些应用。

  神奇的碳纳米管材料

  1991年,日本NEC公司的饭岛澄男发现了碳纳米管,其论文引发了人们对碳纳米管极大的兴趣。2002年,他因“发现并阐明了多壁和单壁碳纳米管的原子结构及螺旋特性,其成果对于飞速发展微型化材料和技术科学的纳米和科学电子领域的有着巨大影响”,从而获得了富兰克林奖章(Benjamin Franklin Medal in Physics)。

  碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成,因此按照石墨烯片的层数可分为:单壁碳纳米管(或称单层碳纳米管,Single-walled Carbon nanotubes,SWCNTs)和多壁碳纳米管(或多层碳纳米管,Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs)。单壁管典型直径在0.6~2nm,多壁管最内层可达0.4nm,最粗可达数百纳米,但典型管径为2~100nm。

  物理性质特别

  范教授介绍说:“碳纳米管有三个很重要的性质,一个是力学性非常好,抗拉强度很高,而且柔性也很好;第二个是它的导热性高,特别是沿着轴向的导热性;第三个是它的导电性比较特别,碳纳米管可以是半导体特性的、也可以是金属性质的导电性。这是由于它形成管结构时候的六元环的螺旋度不一样造成的。就像是一张纸,可以对折起来,也可以用不同的角度斜着卷起来、碳纳米管中的六元环的边和卷的轴所形成的角度不一样,就可能是半导体、也可能金属特性的导电性。”

  关于碳纳米管的特性,在电特性、导热性和机械特性三方面均远远高于其他材料。电特性方面,单层CNT的载流子迁移率在室温环境下理论上为10万~20万cm2/Vs,实测值也达到3万cm2/Vs,是硅的20~100倍。对大电流的耐性也高达铜(Cu)的1000倍。

  导热率与其他材料相比也非常高。例如。碳纳米管的导热率是硅的20~30倍,是铜(Cu)和银(Ag)的约10倍,即使与以前导热率最高的金刚石相比,也高达其2倍左右。

  机械特性方面,破坏强度达到钢铁的约20倍以上,硬度也与金刚石相当或者更高。比表面积为1300~2600m2/g,在相同表面的材料中为最轻。

  原材料便宜 制备方法简单

  碳纳米管的生产原料为甲烷、乙烯、乙炔等碳氢气体,不受稀有矿产资源的限制,生产过程不破坏环境;碳纳米管触摸屏的生产流程简单,不需要昂贵的光刻制程,是低能耗、低成本、节水、无污染的环保产业。

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