碳纳米管（CNTs）的生产和应用面临诸多挑战，包括材料质量、环境影响和可扩展性等问题。利用绿色原料（如在熔盐中电解捕获二氧化碳或热解甲烷）生产碳纳米管等新兴方法旨在解决可持续发展问题，但在确保高质量产出和最大限度减少温室气体排放方面仍面临障碍。此外，要将 CNT 集成到锂离子电池、复合材料和透明导电薄膜等关键应用中，还需要克服技术和供应链方面的挑战。生产、功能化和混合材料开发方面的创新是克服这些障碍的关键，同时还能在整个 CNT 生命周期中降低能耗和生态毒性。
要点解读：
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利用绿色原料生产的挑战:
- 利用绿色原料生产碳纳米管，例如在熔盐中通过电解捕获二氧化碳，虽然有望实现可持续发展，但所生产材料的质量令人担忧。
- 甲烷热解将甲烷转化为氢气和固态碳，是另一种正在探索的方法。不过，这种方法需要小心处理，以防止温室气体排放，这可能会抵消其环境效益。
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传统方法中的环境和成本问题:
- 与当今主流商业工艺化学气相沉积（CVD）相比，激光烧蚀和电弧放电等传统方法的可扩展性和成本效益较低。
- 催化化学气相沉积（CCVD）因其结构可控性和成本效益而得到广泛应用。然而，合成过程是造成潜在生态毒性影响的主要因素，因此需要限制材料和能源消耗，减少温室气体排放。
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融入关键应用:
- 碳纳米管越来越多地应用于锂离子电池（阴极和阳极）、复合材料（导电聚合物、纤维增强聚合物复合材料、混凝土、沥青、金属复合材料和轮胎）以及透明导电薄膜、热界面材料和传感器等其他领域。
- 要在这些应用中确保稳定的质量和性能，就必须克服各种技术挑战，例如在复合材料中实现均匀分散以及在混合材料中保持导电性。
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生产和功能化方面的创新:
- 创新的重点是创造高纵横比的碳纳米管，与其他添加剂形成混合产品，以及使用替代原料来提高可持续性。
- 开发高导电性连续纱线和其他先进形式的碳纳米管对于扩大其在高性能应用领域的使用至关重要。
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克服挑战:
- 为解决质量问题，需要开展研究，优化绿色原料工艺，提高 CNT 性能的一致性。
- 要减少 CNT 生产对环境的影响，就要采用节能方法，尽量减少浪费，并探索循环经济方法。
- 要确保碳纳米管在关键应用中的可扩展性和成本效益，整个供应链的合作至关重要。
通过创新和可持续实践来应对这些挑战，可以显著改善碳纳米管的生产和应用，充分释放其在先进技术中的潜力。
汇总表：
| 挑战 | 解决方案 |
|---|---|
| 绿色原料生产 | 优化工艺，提高质量，尽量减少温室气体排放 |
| 环境和成本问题 | 采用节能方法，减少生态毒性，尽量减少浪费 |
| 融入关键应用 | 改善复合材料的分散性，保持混合材料的导电性 |
| 生产创新 | 开发高光谱比 CNT、混合材料和先进形态 |
| 克服挑战 | 跨供应链合作，采用循环经济方法 |
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