纳米 世界十大超硬材料( 四 )


碳纳米管具有良好的传热性能 , CNTs具有非常大的长径比 , 因而其沿着长度方向的热交换性能很高 , 相对的其垂直方向的热交换性能较低 , 通过合适的取向 , 碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料 。 另外 , 碳纳米管有着较高的热导率 , 只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善 。
五、硼烯(神奇纳米材料)硼烯最早并不是诞生在实验室 , 而是在计算机里:计算机模拟显示 , 硼氧化物的诞生可能可以追溯到1990年 , 以显示硼原子如何形成单层 。 从20多年前开始 , 世界各地的科学家都通过计算机模拟 , 证明了硼烯的存在 , 并对其性质进行了预测 。 因此 , 硼烯是美国阿贡国家实验室、中国南开大学、纽约州立大学石溪分校、美国西北大学的科学家合作研究获得了只有单原子厚度的二维硼材料 。
石墨烯是一种呈蜂巢状排列的单层碳原子结构 , 是目前已知的最薄、最坚硬的纳米材料 。 但是 , 继石墨烯之后 , 科学家希望找到更多具有优良特性的二维材料 。 元素硼由于是碳的\"近邻\"而成为首要目标 。 然而 , 被称为石墨烯\"兄弟\"的硼烯并非自然存在 , 只能人工合成 。 科学家对硼烯的理论结构预测已超过10年 , 但从未成功合成 。 即便有个别的薄膜等样品 , 其结构也是异常复杂 。 因此 , 硼烯的制备成为国际凝聚态物理及材料物理界公认的世界难题 。 硼烯与石墨烯中的碳一样具有相同的六边形晶格排列 , 但在每个六边形中心还另有一个硼原子 。 硼烯在某个方向上比石墨烯的强度还要高 。 如此优越的力学性质 , 加上特殊的电学性质和热学性质 , 硼烯的应用前景将十分宽广 。 硼烯由于拥有优越的电学、力学、热学属性 , 被科学界寄予厚望 , 或将成为继石墨烯之后又一种“神奇纳米材料” 。 硼烯是目前已知最轻的二维材料 。 硼烯拥有很高的表面活性 , 也更容易发生化学反应:这使得硼烯非常适合用来在电池里储存金属离子 。 因此 , 对于锂电池、钠电池、镁电池来说 , 硼烯都是极为理想的电极材料 , 同等重量可以储存多得多的电能 。 硼烯还有一个令人惊讶的应用可能是储氢 。 研究表明 , 这种材料可以储存超过15%自身重量的氢 , 远超普通材料可以处理的量 。 它还可以作为催化剂 , 将水分解成氢和氧离子 。 氢原子也很容易粘附在硼卟啉的单层结构上 , 这种吸附性能与原子层的巨大表面积相结合 , 使得硼卟啉成为一种很有前景的储氢材料 。 理论研究表明 , 硼氧化物可以将其重量的15%以上储存在氢气中 , 明显优于其他材料 。 硼烯还具有超导性 。 硼烯还有可能成为超导体 。 美国Rice大学BorisYakobson等人通过理论计算发现 , 在金属衬底上制备出的几种稳定的单层硼烯结构有可能具有以声子为媒介的超导特性 , 其超导转变温度预计在10-20K之间 。 清华大学倪军教授研究组也通过计算预言了带翘曲结构的双层硼烯薄膜有超导的可能性 , 其中8-C2/m-II结构的硼烯的超导转变温度可以达到27.6K 。 研究发现 , 几层硼烯是非常好的超级电容材料 。 在很高的能量密度下 , 硼烯制成的超级电容可以实现极高的循环稳定性 。

硼烯还是最轻的析氢反应催化剂 。 硼硅烯具有将催化分子氢分解成氢离子 , 将水分解成氢和氧离子的能力 。 事实上 , 世界上的化学家们信心十足 。 硼烯可能成为进入世界的下一个奇迹材料 。
六、气凝胶(绝缘能力比最好的玻璃纤维强39倍)
气凝胶又称为干凝胶 。 当凝胶脱去大部分溶剂 , 使凝胶中液体含量比固体含量少得多 , 或凝胶的空间网状结构中充满的介质是气体 , 外表呈固体状 , 这即为干凝胶 , 也称为气凝胶 。 比如明胶、阿拉伯胶、硅胶、毛发、指甲等 。 气凝胶也具凝胶的性质 , 即具膨胀作用、触变作用、离浆作用 。


气凝胶 , 作为世界最轻的固体 , 已入选吉尼斯世界纪录 。 目前最轻的硅气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米 , 比空气密度略低 , 所以也被叫做“冻结的烟”或“蓝烟” 。 气凝胶看上去“弱不禁风” , 其实非常坚固耐用 。 它可以承受相当于自身质量几千倍的压力 , 在温度达到1200摄氏度时才会熔化 。 另外它的导热性和折射率也非常低 , 绝缘能力比最好的玻璃纤维还要强39倍 。 由于具备这些特性 , 气凝胶便成为航天探测中不可替代的材料 , 比如俄罗斯“和平”号空间站和美国“火星探路者”探测器都用它来进行热绝缘 。

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