碳纳米管(CNT)面临的挑战主要围绕其生产规模、环境影响以及与实际应用的结合。
生产规模:
利用碳纳米管的主要挑战之一是大规模生产的能力。化学气相沉积(CVD)方法虽然有效,但需要精确控制各种参数,以确保碳纳米管的质量和产量。合成过程涉及复杂的步骤和条件,要在大规模上持续复制具有挑战性。这种可扩展性问题会影响 CNT 的成本和可用性,进而影响其更广泛的应用和市场渗透。环境影响:
在考虑对环境的影响时,通常会将碳纳米管与炭黑和石墨烯等替代材料进行比较。虽然与炭黑相比,碳纳米管每公斤的二氧化碳排放量通常较低,但石墨烯和碳纳米管的生产方法都有各自的环境挑战。例如,石墨烯的生产方法(如悍马公司的方法)是能源密集型的,需要大量的水和刺激性化学品。为了提高 CNT 的可持续性,需要尽量减少 CNT 生产对环境的影响,包括能源消耗和废物产生。
融入实际应用:
将 CNT 的有益特性从纳米级转化为片材、面纱或纱线等宏观产品面临着巨大的技术挑战。碳纳米管固有的各向异性,尤其是垂直排列的碳纳米管(VACNT),提供了独特的机遇,但也使其与各种材料和产品的整合变得复杂。要在锂离子电池、导电聚合物和增强复合材料等应用中有效使用碳纳米管,确保其在复合材料中均匀分散并保持其特性至关重要。
竞争与市场潜力: