重点关注其在电池和可持续解决方案的催化过程中的应用,这篇评论文章探讨了碳纳米管(CNT)的革命性潜力,作为正在推进储能和催化领域的多功能材料。它们的显着机械,电气和热性能引起了人们的关注,因为它们有可能彻底改变诸如锂离子电池,超级电容器和新兴的固态技术等能量存储设备。CNT的高表面积,电导率和结构多功能性使它们能够提高电池系统的电荷容量,循环稳定性和效率。此外,CNT具有显着的催化特性,尤其是在绿色化学中,它们在能量转化过程中充当活性催化剂,例如氢生产,CO2以及生物量的降低和转化。评论重点介绍了基于CNT的材料的最新发展,最大化其性能的合成方法以及将其纳入可持续发展的能源系统。它还涵盖了扩展基于CNT的技术以及对这些问题的潜在解决方案的困难,为它们在大规模工业环境中使用铺平了道路。最终,该分析强调了碳纳米管(CNT)在推动向更可持续的能源未来的过渡方面具有鼓舞人心的潜力,从而强调了它们在能源存储和催化应用中的多功能性。关键字:碳纳米管(CNT),多功能纳米材料,能量存储,锂离子电池,先进的电池技术,超级电容器,氢进化反应(HER),氧气还原反应(ORR),燃料电池技术,能源应用中的纳米技术。
缩写:SCs,超级电容器; SCs,微型超级电容器;CNTs,碳纳米管;GO,氧化石墨烯;rGO,还原氧化石墨烯;LrGO,激光还原氧化石墨烯;GOQDs,氧化石墨烯量子点;GQDs,石墨烯量子点;CNTs,碳纳米管;MWCNTs,多壁碳纳米管;HOPG,高度有序热解石墨;MOFs,金属有机骨架;LCVD,激光化学气相沉积;LIG,激光诱导石墨烯;LSG,激光划刻石墨烯;PLD,脉冲激光沉积;MAPLE,基质辅助脉冲激光蒸发;RIMAPLE,反应逆基质辅助脉冲激光蒸发;LIFT,激光诱导正向转移;LIBT,激光诱导后向转移;LIPSS,激光诱导周期性表面结构;PET,聚对苯二甲酸乙二醇酯; PVDF,聚偏氟乙烯;PI,聚酰亚胺;LIP,磷酸铁锂
摘要:以原始形式和含有碳纳米管(CNT)或Fe 2 O 3纳米颗粒(NP)(NPS)的超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的薄薄片。CNT和Fe 2 O 3 NP的重量百分比在0.01%至1%之间。通过传输和扫描电子显微镜以及通过能量分散X射线光谱分析(EDS)来确认UHMWPE中CNT和Fe 2 O 3 NP的存在。使用衰减的总反应傅立叶转化红外(ATR-FTIR)光谱和UV-VIS吸收光谱光谱光谱光谱光谱法研究了嵌入式纳米结构对UHMWPE样品的影响。ATR-FTIR光谱显示了UHMWPE,CNTS和Fe 2 O 3的特征。关于光学性能,无论嵌入纳米结构的类型如何,都观察到光吸收的增加。从光吸收光谱中确定允许的直接光能差距值:在这两种情况下,它都随着CNT或Fe 2 O 3 NP浓度的增加而降低。将提出和讨论获得的结果。
本研究尝试设计全加器中的高性能单壁碳纳米管 (SWCNT) 束互连。为此,使用 HSPICE 软件中的仿真研究了电路性能,并考虑了 32 纳米技术。接下来,使用田口方法 (TA) 分析了几何参数(包括纳米管直径、束中纳米管之间的距离以及束的宽度和长度)对全加器中 SWCNT 束互连性能的影响。田口灵敏度分析 (TSA) 的结果表明,束长度是影响电路性能的最有效参数(约占功率耗散的 51% 和传播延迟的 47%)。此外,与其他参数相比,纳米管之间的距离对响应的影响很大。此外,响应面法 (RSM) 表明,增加互连长度 (L) 会提高功率耗散的输出。随着互连线宽度 (W) 和碳纳米管直径 (D) 的增加,功耗也增加。减小束中碳纳米管之间的距离 (d) 会导致功耗增加。如果考虑互连线长度和宽度 (L、W) 以及碳纳米管直径 (D) 的参数的最大值以及束中碳纳米管之间距离 (d) 的最小值,则功耗最高。结果还表明,互连线长度 (L) 的增加会增加传播延迟。最后,报告了最佳参数,并使用不同方法 (TA 和 RSM) 比较了优化系统的性能。结果表明,用不同方法预测的全加器中 SWCNT 束互连线最优设计的性能差异小于 6%,根据工程标准是可以接受的。
将碳基纳米材料(例如碳纳米管(CNT),碳纳米纤维(CNF)和石墨烯掺入环氧基矩阵中,可以增强裂缝韧性,拉伸强度和热稳定性。这些改进源于纳米颗粒与环氧树脂之间的强烈界面相互作用以及有效的裂纹机制。例如,增加0.1 wt。%单壁CNT的CNT使骨折韧性增加了13%,压缩后强度的强度增加了3.5%[3]。基于硅的纳米材料,例如二氧化硅纳米颗粒和蒙脱石(MMT)纳米粘土,也通过降低空隙含量和增加的刚度来增强环氧性特性。基质中纳米颗粒的均匀分散在实现这些益处方面起着至关重要的作用[4,5]。
随着设备加工精度的发展和半导体材料掺杂的均匀性,由于设备的生产过程,由铜所代表的金属互连设备的瓶颈变得越来越明显。金属的性能在微尺度上显着恶化,而碳纳米管组件结构在此规模上具有很大的优势。除了具有高于铜的高电导率外,CNT还具有出色的导热率,可以支持良好的热管理和热量耗散。CNT的另一个重要方面与其焊料的独特特征和高频工作能力有关。纳米焊接技术涉及局部加热CNT bers以产生交联的bers。1,2基于这项技术,可以通过CNTber构建各种结构,包括2D网络和3D笼子,并且可以生产可编程的电路。此外,CNT可以在40 GHz或更高频率的高频率下使用高性能,这代表了由于其性质而无法克服的金属的局限性。此外,散热已成为限制
半导体 CNT 制成的场效应晶体管 (FET) 的特性。使用等离子体辐射故意向 CNT 中添加缺陷,并通过拉曼光谱确认缺陷(主要是空位)的存在。添加缺陷的 CNT-FET 对 NO 2 的化学电阻响应比具有基线缺陷水平的 CNT-FET 大得多,再次表明缺陷会改善化学电阻响应。大量 CNT 研究调查了晶格缺陷,这里指的是结构缺陷和与 sp 2 键合碳原子完美网络的取代偏差。在 CNT 生长过程中,当一个或多个碳原子被其他元素的原子取代时,可能会发生取代“掺杂”。氮 21,22 和硼 23,24 是最常研究的取代掺杂剂。由于掺杂这两种元素的CNT在电池中表现出良好的储能性能,因此已经开发出可控工艺来按需应用此类掺杂剂。掺杂元素会在CNT结构中产生局部变化25,从而增强纳米管26的表面反应性,因此也可能改善气体传感性能。在已发表的实验中,硼和氮掺杂的双壁和多壁CNT对NH 3 和NO 2 检测表现出了改进的化学电阻灵敏度。26–28结构晶格缺陷(例如空位、双空位和Stone-Wales缺陷)也可能出现在CNT生产过程中29–31,并且已知会改变纳米管的电子特性32,33它们对化学电阻气体传感的灵敏度和选择性影响已被研究19,34,并被发现可以提高CNT在NH 3 、NO 2 和H 2 检测中的性能。
Zeta 的名称来自希腊文的第六个字母 ζ,它对应于元素周期表中的第六元素——碳,这是 Zeta 选择的材料。Salvatierra 解释说,Zeta 的碳不是广泛用于商用锂离子电池 (LIB) 阳极的典型石墨品种,而是碳纳米管 (CNT),它与阴极的硫化碳一起在 Zeta 的 Li-S 技术中发挥着决定性作用。Salvatierra 在下面提供了有关 CNT 和硫化碳的更多详细信息,因为这些材料是 Zeta 技术解决方案的重要贡献者。为简单起见,我们将 Zeta Li-S 电池称为 Z 电池。
抗静电材料2、电磁屏蔽3、压阻传感器4和形状记忆聚合物(SMP)材料。5,6聚合物和CNT的纳米复合材料的电导率随着纳米填料含量的增加而急剧增加,超过渗透阈值,该阈值被描述为在3D空间中形成互连接触导电网络的临界值。此外,通过加入CNT,聚合物的绝缘体-导体转变可以在低渗透阈值下实现,这取决于CNT的排列程度和单个CNT的均匀空间分布。尽管如此,由于纳米管之间的范德华相互作用引起的高电子离域性,MWCNT倾向于在液体或固体介质中形成团聚体和束。