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 單壁碳納米管的碳原子間以作用極強(qiáng)的C-C共價(jià)鍵結(jié)合，從結(jié)構(gòu)上推測其具有很高的軸向強(qiáng)度、韌性和彈性模量。研究人員通過測量碳納米管自由端的振動(dòng)頻率得出碳納米管的楊氏模量可達(dá)1Tpa，幾乎等同于金剛石的楊氏模量，約為鋼的5倍；單壁碳納米管具有極高的軸向強(qiáng)度，約為鋼的100倍；單壁碳納米管的彈性應(yīng)變?yōu)?%，最高可達(dá)12%，約為鋼的60倍，具有極好的韌性和可彎曲性。

     單壁碳納米管是優(yōu)秀的復(fù)合材料增強(qiáng)劑，可將其優(yōu)異的力學(xué)性能賦予復(fù)合材料，使復(fù)合材料表現(xiàn)出原本不具有的強(qiáng)度、韌性、彈性以及抗疲勞性等。在納米探針方面，碳納米管可以用來制成分辨率更高、探測深度更大的掃描探針針尖。


單壁碳納米管的電學(xué)性能

     單壁碳納米管的螺旋管狀結(jié)構(gòu)決定了其獨(dú)特且優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)。理論研究表明，由于電子在碳納米管的運(yùn)輸方式呈彈道運(yùn)輸，單壁碳納米管的載流能力高達(dá)109A/cm2，比導(dǎo)電良好的銅高出1000倍。單壁碳納米管的直徑在1nm左右，電子在其中的運(yùn)動(dòng)具有量子行為，受量子物理影響，隨著單壁碳納米管的管徑和螺旋方式變化，價(jià)帶和導(dǎo)帶的能隙可從近乎零變化到1eV，其導(dǎo)電性可呈金屬性和半導(dǎo)體性，因而碳納米管的導(dǎo)電性可通過改變手性角和直徑來調(diào)控，至今為止還沒有發(fā)現(xiàn)其他任何物質(zhì)能像單壁碳納米管一樣通過簡單地改變?cè)优挪挤绞秸{(diào)節(jié)其能隙大小。

單壁碳納米管的熱學(xué)性能

      碳納米管和石墨、金剛石一樣，都是優(yōu)良的熱導(dǎo)體，和其導(dǎo)電性能一樣，碳納米管也具有優(yōu)異的軸向?qū)嵝阅埽抢硐氲膶?dǎo)熱材料。理論計(jì)算表明，碳納米管導(dǎo)熱系統(tǒng)具有較大的平均聲子自由程，聲子可以順利地沿管道傳輸，其軸向熱導(dǎo)率大約在6600W/m·K以上，與單層石墨烯的熱導(dǎo)率相當(dāng)。研究人員測得單根單壁碳納米管室溫?zé)釋?dǎo)率接近3500W/m·K，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于金剛石和石墨(~2000W/m·K)。雖然碳納米管軸向的熱交換性能很高，但其在垂直方向的熱交換性能較低，而且碳納米管受自身的幾何性質(zhì)所限，其膨脹率幾乎為零，因此即使很多碳納米管捆綁成束，熱量也不會(huì)從一根碳納米管傳到另一根碳納米管。

 單壁碳納米管的優(yōu)異的導(dǎo)熱性能和導(dǎo)熱方向特性，被許多人認(rèn)為是制造下一代散熱器接觸面的優(yōu)良材料，可使其成為今后計(jì)算機(jī)CPU芯片散熱器的導(dǎo)熱劑。OCZ公司生產(chǎn)的碳納米管CPU散熱器，其與CPU的接觸面完全由碳納米管制成，導(dǎo)熱效率為目前普遍使用的銅制材料的5倍。同時(shí)，單壁碳納米管在高導(dǎo)熱復(fù)合材料等方面具有良好的應(yīng)用前景可用于發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭等各種高溫部件。

單壁碳納米管的光學(xué)性能

  單壁碳納米管獨(dú)特的結(jié)構(gòu)造就了其獨(dú)特的光學(xué)性能，拉曼光譜、熒光光譜以及紫外可見近紅外光譜已廣泛應(yīng)用于其光學(xué)性能的研究。拉曼光譜是單壁碳納米管最常用的檢測工具，在200nm左右處會(huì)出現(xiàn)單壁碳納米管的特征振動(dòng)模式-環(huán)呼吸振動(dòng)模式(RBM)，RBM可用于確定碳納米管的微觀結(jié)構(gòu)以及判斷樣品中是否含有單壁碳納米管。

單壁碳納米管的磁性能

  碳納米管具有獨(dú)特的磁性能，表現(xiàn)為各向異性和抗磁磁性，可用作為軟鐵磁性材料。一些特定結(jié)構(gòu)的單壁碳納米管還具有超導(dǎo)性，可作為超導(dǎo)導(dǎo)線。

單壁碳納米管的儲(chǔ)氣性能

  單壁碳納米管的一維管狀結(jié)構(gòu)和大長徑比使其中空管腔具有極強(qiáng)的毛細(xì)作用，從而使其具備了獨(dú)特的吸附、儲(chǔ)氣和浸潤特性。根據(jù)現(xiàn)有研究報(bào)道，單壁碳納米管是貯氫容量最大的吸附材料，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他傳統(tǒng)的貯氫材料，將有助推動(dòng)氫燃料電池的發(fā)展。

單壁碳納米管的催化活性

  單壁碳納米管優(yōu)良的電子傳導(dǎo)能力、高的化學(xué)穩(wěn)定性以及大的比表面積，可用作為催化劑或催化劑載體，具有更高的催化活性，無論是在傳統(tǒng)的多相催化，還是在電催化和光催化，單壁碳納米管都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。