碳纳米管--碳素家族的新材料

继石墨烯材料之后,碳素家族又加入一种新材料:碳纳米管(又名巴基管),是一种具有特殊结构的一维量子材料。

下面我尝试 简单活泼的语言解释下这种材料的特性:


它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。如图一,层与层之间保持固定的距离,约0.34nm,直径一般为2~20nm,有点像小时候吃的零食 “长鼻王”。你也可以把它看成是卷起来的石墨烯,就像一张山东煎饼(石墨烯),卷起来以后就成了“碳纳米管”。

斜体字为扩展阅读,小孩子可以略过 :碳纳米管不总是笔直的,而是局部区域出现凸凹现象,这是由于在六边形编织过程中出现了五边形和七边形。除六边形外,五边形和七边形在碳纳米管中也扮演重要角色。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性,而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性 ,所谓手性,就是说某些东西就像你的左手与右手,看上去一样,但实际上并不一样,他们的关系是镜面对称。

碳纳米管由于它的 六角型结构,物理硬度非常高,堪比钻石,但是又具有钻石不具有的延展性与柔韧性。而且它像所有的碳素体一样:能够导电,并且因为它的中空结构,这种材料还非常的轻。

碳纳米管由于其特殊的结构,在各个领域都可以有非常广的应用。相信还有很多应用现状还没有被开发出来。

本文中只想简单的说下对我来说印象比较深刻,已经在实现过程中的几个应用:大家都知道集成电路做到了7NM尺寸节点以后就不能再细,很迫切的需要用一种新的材料来代替它,才能继续适应摩尔定律,虽然我们已经有了光子,量子,类脑计算等解决方案,但是这些技术的不仅造价昂贵,而且使用条件也比较苛刻,不能广泛应用于大众产品。

这个时候,碳纳米管材料的出现无异于雪中送炭。

而且碳这种元素也更容易融入人体,因为人类就是碳基生物,用这种材料做出来的芯片植入人体后不易发生排异,到时候人类很可能会拥有第二个大脑,也许再过几十年,我们甚至不需要带上GOOGLE眼镜(因为芯片已经植入人体),就相当于随身带了一个小秘书+智囊团,这种新人类所能焕发出来的超能力,是现在平均智商只有100的人类无法想象的。教育业也面临大洗牌,因为人类已经越来越不需要记忆力,整理与索引能力将起到更重要的作用。也就是知道如何去寻找答案的能力。

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