碳納米管--碳素家族的新材料

繼石墨烯材料之后,碳素家族又加入一種新材料:碳納米管(又名巴基管),是一種具有特殊結構的一維量子材料。

下面我嘗試 簡單活潑的語言解釋下這種材料的特性:


它主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。如圖一,層與層之間保持固定的距離,約0.34nm,直徑一般為2~20nm,有點像小時候吃的零食 “長鼻王”。你也可以把它看成是卷起來的石墨烯,就像一張山東煎餅(石墨烯),卷起來以后就成了“碳納米管”。

斜體字為擴展閱讀,小孩子可以略過 :碳納米管不總是筆直的,而是局部區域出現凸凹現象,這是由于在六邊形編織過程中出現了五邊形和七邊形。除六邊形外,五邊形和七邊形在碳納米管中也扮演重要角色。根據碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性,而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性 ,所謂手性,就是說某些東西就像你的左手與右手,看上去一樣,但實際上并不一樣,他們的關系是鏡面對稱。

碳納米管由于它的 六角型結構,物理硬度非常高,堪比鉆石,但是又具有鉆石不具有的延展性與柔韌性。而且它像所有的碳素體一樣:能夠導電,并且因為它的中空結構,這種材料還非常的輕。

碳納米管由于其特殊的結構,在各個領域都可以有非常廣的應用。相信還有很多應用現狀還沒有被開發出來。

本文中只想簡單的說下對我來說印象比較深刻,已經在實現過程中的幾個應用:大家都知道集成電路做到了7NM尺寸節點以后就不能再細,很迫切的需要用一種新的材料來代替它,才能繼續適應摩爾定律,雖然我們已經有了光子,量子,類腦計算等解決方案,但是這些技術的不僅造價昂貴,而且使用條件也比較苛刻,不能廣泛應用于大眾產品。

這個時候,碳納米管材料的出現無異于雪中送炭。

而且碳這種元素也更容易融入人體,因為人類就是碳基生物,用這種材料做出來的芯片植入人體后不易發生排異,到時候人類很可能會擁有第二個大腦,也許再過幾十年,我們甚至不需要帶上GOOGLE眼鏡(因為芯片已經植入人體),就相當于隨身帶了一個小秘書+智囊團,這種新人類所能煥發出來的超能力,是現在平均智商只有100的人類無法想象的。教育業也面臨大洗牌,因為人類已經越來越不需要記憶力,整理與索引能力將起到更重要的作用。也就是知道如何去尋找答案的能力。

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