導電CNT電線和CNT傳感器為新的複合材料功能開闢潛力

石墨是碳的典型形式之一,包括石墨烯和取決於納米尺度的碳納米管(簡稱CNT),也叫納米碳。

石墨烯是一種可提供柔韌性和抗衝擊性的保護性材料,而CNT提供更高的斷裂韌性,並可通過添加環氧樹脂而獲得熱傳導性。

導電CNT電線和CNT傳感器為新的複合材料功能開闢潛力

導電CNT電線和CNT傳感器為新的複合材料功能開闢潛力——帶電鍍膜CNT電線

為了使碳納米管的應用多樣化,除了傳統特性外,現在還需要一些新的功能。

作為新功能之一,傳感技術備受關注。

基於最新的技術發展,自2014年以來,納米碳已被列為日本埼玉縣的前沿行業設計項目之一。

作為琦玉縣有關納米碳倡議的一部分,由琦玉產業促進公社(Saitama Industrial Promotion Public Corporation)和Ishizue Magnet Wire Works 共同組建的複合材料行業聯盟,在導電CNT電線的研發方面處於領先地位。

除了導電,由於在整個平面大分子中有π共軛體系,因此CNT還有較少的渦流,其密度1.3~1.4g/cm3,具有輕質性能。

雖然據說基於CNT中的彈道傳遞而使其具有極好的導電性,但問題是,電導率仍然沒有增加。

因為形狀的不均勻性,導致長纖維CNT缺乏及合成不足。

有關導電CNT電線的研發目標是,獲得與使用CNT的銅線相當或更高的導電水平。

由於在將CNT置於導線狀態後,採用了金屬電鍍的新概念,使得CNT電線的導電性已通過檢查其形狀和電鍍條件而得到穩步提高。

除了LED照明,Ishizue Magnet Wire Works成功地生產了電動機用線圈。

導電CNT電線和CNT傳感器為新的複合材料功能開闢潛力

導電CNT電線和CNT傳感器為新的複合材料功能開闢潛力——組裝成線圈的預鍍CNT電線

在碳納米管中,單壁碳納米管(簡稱SWNT)根據碳原子的排列提供金屬和半導體性能,比如,由於這些CNTs可以在瓊脂糖凝膠柱上分離,因而可以被用於製造溫度傳感器。

具體來說,可以利用因“金屬CNT與半導體CNT之間的溫差”而產生電壓的Seebeck係數差異,來製造用於測量溫度的Seebeck 元件。

一種採用半導體SWCNT、擁有場效應晶體管(FET)結構的氣體傳感器也是一個有前景的應用。

用這種方法制成的CNT傳感器和上述導電CNT電線,都與傳統金屬製成的產品不同,除了重量輕外,CFRP的電腐蝕風險也很小,而且不像陶瓷材料那樣易碎。


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