Uglerod nanotubalari (CNTs) uchta asosiy toifadagi materiallarga mustahkamlovchi vosita sifatida qo'shilishi mumkin: polimerlar (plastmassa, kauchuk), metallar (alyuminiy, mis, magniy) va keramika (alyuminiy oksidi, kremniy karbid). Polimerlarga 2{6}}3% CNT qo‘shilishi elektr o‘tkazuvchanligini sezilarli darajada oshirishi, plastmassalardagi statik elektr muammosini hal qilishi mumkin. CNT/alyuminiy matritsali kompozitlar allaqachon Long March 12 raketasida ishlatilgan. CNT/keramika kompozitlari sinish chidamliligini sezilarli darajada yaxshilaydi. Oxirgi tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, uglerod nanotubali super{10}plastmassalar (CNTSP) 143 Vt/m·K issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va ularni issiqlik qabul qiluvchilarga 3D bosib chiqarish mumkin. Shandong Tanfeng New Material bir{11}}devorli, ko‘p devorli va ikki devorli uglerod nanotuba mahsulotlarining to‘liq assortimentini taqdim etadi, tozaligi 98% dan yuqori yoki unga teng va oyiga 200 tonna ishlab chiqariladi.
1. Uglerod nanotube/polimer kompozitlari: o'zgartiruvchi plastmassa
Xulosa:Uglerodli nanotubalar polimerlar uchun juda kam qoʻshilish miqdoriga ega - “barcha kuchaytirgich” boʻlib, ular izolyatorlardan plastmassalarni oʻtkazgichlarga aylantira oladi, shu bilan birga mexanik va issiqlik xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilaydi.
Plastmassalar engil va ishlov berish oson bo'lsa-da, ularning ikkita o'ziga xos kamchiliklari bor: ular-o'tkazuvchan emas (statik elektrga moyil) va yomon issiqlik o'tkazuvchanligiga ega (zaif issiqlik tarqalish qobiliyati). Uglerod nanotubalari bu kamchiliklarni to'liq qoplashi mumkin.
1.1 Statik/o‘tkazuvchanlikka qarshi{1}}plastmassalar: 2% qo‘shish kifoya
Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, plastmassalarga 2-3% ko'p devorli uglerod nanotubalarini qo'shish elektr o'tkazuvchanligini sezilarli darajada oshirishi mumkin. Bu qanday ma'nono bildiradi?
Avtomobil yonilg'i liniyalari:Yoqilg'i uchqunlari yonib ketishining oldini olish uchun{0}}statik xususiyatlarga ega bo'lishi kerak; CNT/PA12 masterbatch standart yechimga aylandi.
Elektron mahsulot korpuslari:Statik elektr tokining ichki chiplarga zarar yetkazishidan saqlaning.
Yonuvchan va portlovchi muhitdagi uskunalar:Ko'mir konlari va kimyo zavodlarida asboblar korpuslari.
Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, epoksi qatronida uglerod nanotubalarini tarqatish juda kam qo'shilgan miqdorda yuqori elektr o'tkazuvchanligiga erishadi.
1.2 Uglerodli nanotube Super-plastmassalar (CNTSP): bosib chiqarish mumkin, issiqlik o‘tkazuvchan, yuk-podshonali
| Ishlash ko'rsatkichi | CNTSP o'lchangan qiymati | Toza Plastik |
|---|---|---|
| Issiqlik o'tkazuvchanligi | 143±5.8 W/m·K | ~0.2 W/m·K |
| Mexanik kuch | 663±18 MPa | ~50 MPa |
| Elektr o'tkazuvchanligi | 8.6×10⁴ S/m | Izolyator |
| CNT yuklanmoqda | 59 og'irlik% gacha | - |
Shunisi e'tiborga loyiqki, ushbu material 3D bosma va termoformatsiyalanishi mumkin. Jamoa CNTSP yordamida issiqlik moslamasini chop etdi. Uglerod nanotubalarining yo'nalishi issiqlik oqimi yo'nalishiga parallel bo'lganda, u tezda 90 daraja issiqlik manbasidan issiqlikni o'tkazishi mumkin edi.
Bu jarayon ham yaxshi ko'p qirralilikka ega. PA6 dan tashqari, u PVP, PAN, PC va PEKK kabi turli xil muhandislik plastmassalariga ham kengaytirilishi mumkin.
1.3 Carbon Nanotube/Graphene Synergy: 1+1>2
Oxirgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, uglerod nanotubalari va grafenni birlashtirish uch o'lchovli sinergik tarmoqni yaratishi mumkin: uglerod nanotubalari bir o'lchovli-o'tkazuvchan simlar, grafen esa ikki o'lchovli "o'tkazuvchan platforma" vazifasini bajaradi. Birlashganda, elektr, issiqlik va mexanik xususiyatlar bir-plomba tizimlaridan har tomonlama ustundir.
2. Uglerodli nanotube/metall matritsali kompozitlar: yengil metallar
Xulosa:Alyuminiy, mis va magniy kabi metallarga uglerod nanotubalarini qo'shish og'irlikni deyarli oshirmasdan kuch, qattiqlik va aşınma qarshiligini sezilarli darajada oshirishi mumkin.
Uglerod nanotubalarining metallar bilan birikmasi aerokosmik sohadagi eng dolzarb mavzulardan biridir.
2.1 Uzoq 12-mart raketasida amaliy tekshirish
2024-yil 30-noyabrda ilk parvozini amalga oshirgan Long March 12 raketasi oʻzining bosqichlararo qismida - uglerod nanotube/alyuminiy matritsali kompozitlardan foydalangan, bu aerokosmik sohada CNT/alyuminiy matritsa kompozitlarining dunyodagi birinchi qoʻllanilishidir. Uglerod nanotubalarini alyuminiy qotishmasiga "to'qish" orqali material metallning qattiqligi va qayta ishlanishiga, uglerod nanotubalarining yuqori mustahkamligi va past zichligiga ega bo'ldi.
Ma'lumotlarni qo'llab-quvvatlash:
Uglerod nanotubalarining mustahkamligi po'latdan 100 baravar ko'p, zichligi esa po'latning atigi 1/6 qismiga teng.
Alyuminiy matritsaga qo'shilgandan so'ng, kompozit materialning o'ziga xos kuchi sof alyuminiydan ancha yuqori.
2.2 Boshqa metall matritsa tizimlari
Muvaffaqiyatli tayyorlangan uglerod nanotube/metall matritsali kompozitsiyalarga quyidagilar kiradi:
| Metall matritsa | Ilova potentsiali | Kalitni topish |
|---|---|---|
| Alyuminiy matritsasi | Aerokosmik tarkibiy qismlar | 12-martda allaqachon ishlatilgan; sezilarli vazn yo'qotish ta'siri |
| Mis matritsasi | Yuqori-o'tkazuvchanlik, aşınmaya bardoshli-qismlar | 12-15 vol% CNTda eng yaxshi aşınma qarshilik |
| Magniy matritsasi | Ultra{0}}engil strukturaviy komponentlar | Eng engil konstruktiv metall; CNTlar tomonidan yanada mustahkamlangan |
| Temir/nikel matritsasi | Yuqori haroratli-komponentlar | Yaxshilangan termal barqarorlik va qarshilik |
3. Uglerod nanotube/keramika matritsali kompozitlari: keramikadan “kuchli, lekin mo‘rt emas” qilish
Xulosa:Keramikaga uglerod nanotubalarini qo‘shish sinish chidamliligini sezilarli darajada yaxshilaydi va ming yillik{0}}-kulol buyumlarning “mo‘rt va sinishi oson” muammosini hal qiladi.
Keramikaning afzalliklari yuqori haroratga chidamlilik va aşınma qarshilik, lekin eng katta kamchilik - mo'rtlik. Uglerod nanotubalari keramikani aniq "birga tuta oladi" va yoriqlar tarqalishini oldini oladi.
3.1 Qattiqlashuv mexanizmi
Uglerod nanotubalari keramika matritsasida "ko'prik" rolini o'ynaydi: yoriq paydo bo'lganda, uglerod nanotubalari po'latdan mustahkamlovchi panjaralar kabi yoriqning har ikki tomoniga o'tib, yoriqning keyingi tarqalishini oldini oladi.
3.2 Ishlab chiqilgan tizimlar
| Seramika matritsasi | Tadqiqot holati | Ilova istiqboli |
|---|---|---|
| Alumina (Al₂O₃) | Eng etuk tizim | Kesish asboblari, aşınmaya bardoshli qoplamalar- |
| Silikon karbid (SiC) | Yuqori{0}}haroratli strukturaviy material | Samolyot dvigatelining tarkibiy qismlari |
| Kremniy nitridi (Si₃N₄) | Rulmanlar, turbina pichoqlari | Yuqori{0}}harorat, yuqori{1}}yuklanish stsenariylari |
| Kremniy oksidi (SiO₂) | SWCNT/SiO₂ kompozit | Dala emissiya qurilmalari |
Uglerod nanotube/keramika kompozitlarining afzalliklari quyidagilardan iborat:
Sinishi chidamliligi bir necha bor oshdi.
Yaxshilangan termal barqarorlik.
Sozlanishi mumkin bo'lgan elektr o'tkazuvchanligi (izolyatsiyadan o'tkazgichgacha).
4. Eng so'nggi chegara: uglerod nanotube fazasini o'zgartirish tolalari va aqlli to'qimachilik
Xulosa:Uglerod nanotubalari “haroratni{0}}tartibga soluvchi kiyim” - ishlab chiqarishda ham qo‘llanilishi mumkin, bu esa juda kam qo‘shilish miqdori bilan samarali termal boshqaruvga erishadi.
CNT ni juda past bo'lgan ushbu turdagi tolalar quyidagilarga erishadi:
| Mulk | Ishlash |
|---|---|
| Yashirin issiqlik saqlash sig'imi | Zo'r (doimiy haroratni saqlab turish uchun issiqlikni yutadi / chiqaradi) |
| Mexanik mustahkamlik | Zo'r (buzmasdan takroriy egilishlarga bardosh beradi) |
| Kesish/tikuvning ishonchliligi | >98% (kiyim tikilgandan keyin unumdorlik pasaymaydi) |
Bu shuni anglatadiki, kelajakdagi aqlli kiyim - rozetkaga ulanmasdan haroratni avtomatik ravishda tartibga solishi mumkin, issiqda issiqlikni yutadi va sovuqda esa issiqlik chiqaradi.
5. Shandong Tanfeng yangi material: CNT kompozitlari uchun "xom ashyo bazasi"
Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. bir{2}}devorli, ikki{3}}va koʻp devorli uglerod nanotube kukunlarining toʻliq assortimentini taqdim etadi, tozaligi 98% dan yuqori yoki unga teng va oylik ishlab chiqarishi 200 tonna boʻlib, yuqori oqim sanoati uchun asosiy yetkazib beruvchi boʻlib xizmat qiladi.
Uglerodli nanotubali kompozitlar uchun boshlangʻich nuqta yuqori sifatli uglerod nanotuba kukuni-dir. Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. bu sanoat zanjirining "manba kuchi" dir.
5.1 Toʻliq-Mahsulot spetsifikatsiyasi matritsasi
| Mahsulot turi | Model | Poklik | Asosiy parametrlar |
|---|---|---|---|
| Ko'p-devorli CNT | TF-210 | 98% dan katta yoki teng | Zarrachalar hajmi 5-15 mkm |
| Yagona-devorli CNT | - | Yuqori mustahkamlik | Diametri 1-6 nm |
| Ikkita-devorli CNT | TF-220 | - | SWCNT va MWCNT o'rtasida |
5.2 Ko'p-jarayonlarni tayyorlash imkoniyati
Tanfeng New Material uchta asosiy tayyorgarlik jarayonini o'zlashtiradi:
| Jarayon | Xarakterli |
|---|---|
| CVD usuli (kimyoviy bug'ni cho'ktirish) | Sanoatlashtirishning asosi |
| Arkni zaryadsizlantirish usuli | Yuqori sifatli-marshrut |
| Lazer bilan olib tashlash usuli | Tadqiq-baho aniqligi |
5.3 Katta-miqyosdagi ishlab chiqarish quvvati
| Imkoniyat ko'rsatkichi | Qiymat |
|---|---|
| Oylik chiqish | 200 tonna |
| Jami sayt investitsiyalari | Taxminan 500 million RMB |
| Ishlab chiqarish loyihasining I bosqichini yakunlash | 2025 yil oktyabr; ommaviy ishlab chiqarishga kirdi |
Kompaniya ettita asosiy dastur yo'nalishlarini aniq sanab o'tdi: yangi energiya vositalari, ilg'or polimer materiallar, elastomerlar, aerokosmik, temir yo'l tranziti, shamol energiyasi va vodorod energiyasini saqlash.
Xulosa: Uglerod nanotube ilovalarining uchta "kozi"
| Kompozit tizim | Asosiy rol | Oddiy dastur | Qo'shimcha miqdori |
|---|---|---|---|
| Polimer matritsasi | Supero'tkazuvchilar + Issiqlik o'tkazuvchanligi + Armatura | Statikga qarshi{0}}plastmassalar, 3D bosilgan issiqlik moslamalari | 2-3% |
| Metall matritsa | Yengil va yuqori quvvat | Raketa oraliq bo'limlari, aerokosmik tarkibiy qismlar | 5-15% |
| Seramika matritsasi | Qattiqlashuv + Aşınmaya qarshilik | Kesish asboblari, yuqori{0}}haroratli komponentlar | 5-10% |
Uglerod nanotubalari qanday materiallarda ishlatilishi mumkin?
Javob: "kuchliroq, engilroq, ko'proq o'tkazuvchanlik va issiqlik o'tkazuvchanligi" bo'lishi kerak bo'lgan deyarli har qanday material.
Raketa snaryadlaridan tortib 3D bosilgan issiqlik qabul qiluvchilargacha, anti{1}}statik yonilg‘i liniyalaridan tortib, aqlli haroratni- tartibga soluvchi kiyim-kechak - uglerod nanotubalari “laboratoriya mo‘jizasidan” sanoat “universal qo‘shimchasiga” aylanmoqda. Shandong Tanfeng New Material aynan shu materiallar inqilobining -sahna ortidagi{6}}ta'minlovchisi bo'lib, quyi oqim tarmoqlariga oyiga 200 tonna, tozaligi 98% dan yuqori yoki to'liq mahsulot xossalariga teng bo'lgan yuqori-sifatli uglerod nanotube xomashyosini yetkazib beradi.