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      ?截至現在，碳納米管（CNTs）是一種眾所周知的材料類別。它們在全球先進的制造業(yè)市場中備受關注。在這種情況下，由碳納米管制成的薄膜正在出現。

關于碳納米管你需要知道的一切

      碳納米管（CNT）薄膜表現出卓越的電學、熱學、力學和半導體特性。憑借這些出色的特性，這些薄膜可以應用于各個工業(yè)領域。這些包括傳感器、晶體管、鋼絲等。在此，理解CNT薄膜對于在各個領域應用它們和其他實驗工作是至關重要的。因此，這份深入指南探討了CNT薄膜的特性、制造技術及使用案例。請閱讀到最后以獲取客觀的觀點。

什么是CNT碳納米管薄膜？

      CNT碳納米管薄膜是由二維碳納米管網絡組成的非常薄的薄膜。它主要呈現碳管的隨機圖案，但也可能排列成規(guī)則的圖案。雖然碳納米管本身是一維的，由卷曲的石墨烯片組成。但是，當它們形成薄膜時，它們在1維納米管和2維石墨烯片之間架起了一座橋梁。因此，所得到的CNT薄膜表現出顯著的特性，可以應用于各種領域。

      這些薄膜是厚度從1納米到100納米的超薄片。它們可以由單壁碳納米管（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）制成。它們的顏色可以從深色到透明變化，這取決于厚度和結構。自從1991年發(fā)現碳納米管以來，已經過去很多年。最初，碳納米管沒有在實際應用中使用。但是，隨著全球制造商開發(fā)出成本效益高的碳納米管制造技術，碳納米管因此受到了很多關注。將碳納米管轉移到薄膜上并創(chuàng)建均勻的片材更為困難?，F在制造商們實現了這一目標，碳納米管薄膜在全球范圍內生產。

      根據市場報告，基于碳納米管的透明導電膜將顯著增長。預測，基于碳納米管的TFCs可能會在未來取代像氧化銦錫TFCs這樣的替代品。

碳納米管薄膜的基本性質

      如前面所述，碳納米管是一種新穎的納米材料。它表現出其他碳基材料所缺乏的卓越性能。因此，當談論2D碳納米管薄膜時，它們也具有以下出色的性能：

機械強度：

      CNT碳納米管薄膜表現出卓越的機械性能。當加熱時，CNT碳納米管薄膜可以形成3D形狀。此外，這些薄膜在彎曲半徑小于1毫米時不會斷裂。而且，這些CNT碳納米管薄膜在加熱時可以形成3D形狀。它們在反復彎曲后仍然保持強度。這種耐用性來自于碳納米管的內在強度。

電導率：

      我們討論了 CNT 結構，它們的導電性非常好。因此，當它們在薄膜中形成管網絡時，電子可以自由移動，它們也表現出接近金屬的電導性。但是，這在有序排列的管陣列中很難實現。在 CNT 碳納米管薄膜合成中，有時你會得到隨機排列的 CNT 模式。這在一定程度上破壞了導電性。因此，CNT 網絡的排列越有序，其導電性能就越好。

光學特性：

      具有高光學透明度，它們對光的干擾最小。此外，它們實現了零反射和霧度。CNT碳納米管膜在可見光范圍內保持出色的色中性。同時，它們具有低反射特性，使其幾乎看不見。薄膜越薄越透明，而厚膜則提供不透明、更暗的表面。

熱響應：

      CNT碳納米管薄膜在熱管理方面表現出色。由于最大限度地減少了接觸點，它們顯示出更高的熱導率。這使得電子設備能夠有效散熱。此外，它們在溫度變化的情況下也能很好地工作。CNT碳納米管薄膜在汽車加熱器和除霜系統(tǒng)中表現出色。它們能夠均勻地分布在表面散熱。

電化學性質：

      它們是優(yōu)秀的導體，并表現出良好的電催化活性。此外，它們具有用于電化學反應的空心管的大表面積。這些特性使它們成為生物傳感器和納米電子學的出色材料。碳納米管（CNT）薄膜在不同環(huán)境中表現出優(yōu)異的穩(wěn)定性。同時，單壁碳納米管（SWNTs）具有相當的直徑和載流子密度。因此，它們作為用于生物傳感器的超靈敏轉換器表現出色。

制造方法和技術

      有幾種制造方法。對于不同的技術，會得到不同類型的成果。這取決于制造商。

化學氣相沉積 (CVD) 方法

      化學氣相沉積 (CVD) 直接在固體表面上創(chuàng)建 CNT 薄膜。該方法依賴于鐵和鈷催化劑來提高反應效率。該過程使用碳源，如一氧化碳、乙醇或乙烯，以提供納米管形成的材料。添加氫氣是為了阻止不需要的碳顆粒的形成。標準操作中，氫氣以400-1000 sccm 流動。同時，一氧化碳以200-1000 sccm 流動。溫度在 600-900°C 之間保持在氬環(huán)境中。

      這些精確的設置確保高質量的CNT薄膜能夠直接生長在基材上。CVD創(chuàng)建的薄膜具有高純度和良好的厚度控制。許多研究實驗室和工廠使用CVD，因為它可以制作出強且均勻的CNT薄膜。不同的CVD變體創(chuàng)建各種類型的CNT復合薄膜。許多最近的研究表明，單獨使用CVD制作的CNT薄膜。有時這種方法會與其他技術結合使用。

電泳沉積

      電泳沉積（EPD）通過將帶電粒子移動到電極上來工作。這通過使用電場來實現。在這個過程中，液態(tài)溶液中的帶電CNTs移動到電極并堆疊形成固體薄膜。主要缺點是EPD只能在導電表面上工作。包裹在特殊化學品中的CNT顆粒帶有負電荷，這有助于它們在電場中移動。 

      第一次成功的碳納米管（CNT）沉積是使用酒精混合物完成的。它將多壁碳納米管沉積到金屬表面。他們注意到在過程中形成了氣泡，這在最終薄膜中形成了小孔?？茖W家可以通過向溶液中添加帶電鹽來改進這種方法。這將幫助碳納米管更好地附著在表面并更快地沉積。所使用的鹽類型決定碳納米管是在正電極還是負電極處收集。研究人員還可以制作復合薄膜。在開始沉積過程之前，他們可以將碳納米管與其他溶液中的材料一起使用。

真空過濾法

      真空過濾是一種從液體混合物中制備碳納米管（CNT）碳納米管薄膜的簡單方法。該方法利用特殊漏斗兩側的壓力差來分離材料。碳納米管在濾紙上被壓在一起，形成薄片。然后將薄膜剝離并完全干燥。用這種方法制成的CNT碳納米管薄膜導電性非常好。這些薄膜還具有很強的防水性能。 

      制造商可以通過改變過濾速度和材料比例來控制薄膜的特性。該技術也可以通過向碳納米管添加化學基團來實現。不同類型的碳納米管可以層疊在一起以創(chuàng)建具有多個部分的薄膜。然而，真空過濾得到的薄膜相當厚。這種厚度限制了其在某些應用中的使用。薄膜在用于設備之前也必須轉移到其他表面上。

旋轉涂覆

      旋轉涂覆通過將一滴CNT混合物放在平面上來制作CNT碳納米管薄膜。該表面高速旋轉以均勻涂抹液體。離心力將混合物向外部拉伸，形成一層薄薄的層。薄膜厚度取決于三個主要因素。這些是液體厚度、旋轉速度和旋轉時間。CNTs在大約45度角的方向上排列。無論旋轉速度或位置如何，這個角度保持不變。CNT濃度極大地影響薄膜的外觀。顯微鏡研究表明，濃度效應是重要的。該技術有一些缺點。其中之一是它不適合大規(guī)模涂覆。此外，它產量不高，因為大部分材料都被甩掉并處理掉。

主要應用和使用案例

1. 觸摸屏技術與顯示

      CNT 薄膜在觸摸屏中作為透明電極工作。這些薄膜取代了舊的氧化銦錫涂層。CNT薄膜可以彎曲而不斷裂，而脆弱的ITO材料則不能。它們出現在計算機屏幕、手機、PDA和ATM顯示屏上。OLED設備使用CNT碳納米管薄膜作為透明導體和注入層。

2. 能源存儲與管理

      CNT碳納米管薄膜使超級電容器和儲能設備成為可能。當與硅涂層結合時，它們在柔性高能密度電池中工作。這些薄膜在電子設備中提供出色的熱管理。它們創(chuàng)造有效的散熱器，從敏感組件中去除多余的熱量。CNT碳納米管薄膜還支持光伏應用，盡管目前性能落后于金屬替代品。

3. 感知和檢測系統(tǒng)

      傳感器裝置代表了CNT應用最有前途的領域。CNT膜創(chuàng)造了高度敏感的生物傳感器，可以檢測DNA和蛋白質。它們在柔性電子設備中作為應變傳感器工作。這些膜可以檢測一氧化氮和心臟肌鈣蛋白等氣體。環(huán)境傳感器使用CNT膜來監(jiān)測空氣和水的質量。軍事應用包括檢測化學威脅的傳感器。

4. 工業(yè)和結構加固

      CNT碳納米管薄膜增強了網球拍、棒球棒和自行車車架等運動器材。它們加固了風力渦輪機葉片和船體，提高了耐用性。薄膜在電子封裝中提供電磁干擾（EMI）屏蔽。它們形成防腐涂層，保護金屬表面。建筑中使用CNT/混凝土混合物來增加抗拉強度。

5. 醫(yī)療和生物醫(yī)學應用

      CNT碳納米管薄膜支持生物醫(yī)學植入物和設備。它們作為組織工程的支架，包括骨骼、軟骨和肌肉組織。這些薄膜在醫(yī)學診斷中實現熒光和光聲成像。它們?yōu)榧僦b置提供生物相容表面。CNT薄膜還支持藥物遞送系統(tǒng)和用于監(jiān)測患者健康的醫(yī)療傳感器。

結論

      CNT碳納米管薄膜在全球制造商中引起了極大的興趣。它們具有出色的電學、光學和機械性能。今天，許多制造方法使從觸摸屏到醫(yī)療設備的各種應用成為可能。盡管在成本和加工方面存在挑戰(zhàn)，制造商現在正在開發(fā)成本效益高的解決方案。由于需求的增加，其市場規(guī)模正在快速增長。不久，它們可能會取代像氧化銦錫這樣的材料TFCs。