截至现在，碳纳米管（CNTs）是一种众所周知的材料类别。它们在全球先进的制造业市场中备受关注。在这种情况下，由碳纳米管制成的薄膜正在出现。

关于碳纳米管你需要知道的一切

      碳纳米管（CNT）薄膜表现出卓越的电学、热学、力学和半导体特性。凭借这些出色的特性，这些薄膜可以应用于各个工业领域。这些包括传感器、晶体管、钢丝等。在此，理解CNT薄膜对于在各个领域应用它们和其他实验工作是至关重要的。因此，这份深入指南探讨了CNT薄膜的特性、制造技术及使用案例。请阅读到最后以获取客观的观点。

什么是CNT碳纳米管薄膜？

      CNT碳纳米管薄膜是由二维碳纳米管网络组成的非常薄的薄膜。它主要呈现碳管的随机图案，但也可能排列成规则的图案。虽然碳纳米管本身是一维的，由卷曲的石墨烯片组成。但是，当它们形成薄膜时，它们在1维纳米管和2维石墨烯片之间架起了一座桥梁。因此，所得到的CNT薄膜表现出显著的特性，可以应用于各种领域。

      这些薄膜是厚度从1纳米到100纳米的超薄片。它们可以由单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNT）制成。它们的颜色可以从深色到透明变化，这取决于厚度和结构。自从1991年发现碳纳米管以来，已经过去很多年。最初，碳纳米管没有在实际应用中使用。但是，随着全球制造商开发出成本效益高的碳纳米管制造技术，碳纳米管因此受到了很多关注。将碳纳米管转移到薄膜上并创建均匀的片材更为困难。现在制造商们实现了这一目标，碳纳米管薄膜在全球范围内生产。

      根据市场报告，基于碳纳米管的透明导电膜将显著增长。预测，基于碳纳米管的TFCs可能会在未来取代像氧化铟锡TFCs这样的替代品。

碳纳米管薄膜的基本性质

      如前面所述，碳纳米管是一种新颖的纳米材料。它表现出其他碳基材料所缺乏的卓越性能。因此，当谈论2D碳纳米管薄膜时，它们也具有以下出色的性能：

机械强度：

      CNT碳纳米管薄膜表现出卓越的机械性能。当加热时，CNT碳纳米管薄膜可以形成3D形状。此外，这些薄膜在弯曲半径小于1毫米时不会断裂。而且，这些CNT碳纳米管薄膜在加热时可以形成3D形状。它们在反复弯曲后仍然保持强度。这种耐用性来自于碳纳米管的内在强度。

电导率：

      我们讨论了 CNT 结构，它们的导电性非常好。因此，当它们在薄膜中形成管网络时，电子可以自由移动，它们也表现出接近金属的电导性。但是，这在有序排列的管阵列中很难实现。在 CNT 碳纳米管薄膜合成中，有时你会得到随机排列的 CNT 模式。这在一定程度上破坏了导电性。因此，CNT 网络的排列越有序，其导电性能就越好。

光学特性：

      具有高光学透明度，它们对光的干扰最小。此外，它们实现了零反射和雾度。CNT碳纳米管膜在可见光范围内保持出色的色中性。同时，它们具有低反射特性，使其几乎看不见。薄膜越薄越透明，而厚膜则提供不透明、更暗的表面。

热响应：

      CNT碳纳米管薄膜在热管理方面表现出色。由于最大限度地减少了接触点，它们显示出更高的热导率。这使得电子设备能够有效散热。此外，它们在温度变化的情况下也能很好地工作。CNT碳纳米管薄膜在汽车加热器和除霜系统中表现出色。它们能够均匀地分布在表面散热。

电化学性质：

      它们是优秀的导体，并表现出良好的电催化活性。此外，它们具有用于电化学反应的空心管的大表面积。这些特性使它们成为生物传感器和纳米电子学的出色材料。碳纳米管（CNT）薄膜在不同环境中表现出优异的稳定性。同时，单壁碳纳米管（SWNTs）具有相当的直径和载流子密度。因此，它们作为用于生物传感器的超灵敏转换器表现出色。

制造方法和技术

      有几种制造方法。对于不同的技术，会得到不同类型的成果。这取决于制造商。

化学气相沉积 (CVD) 方法

      化学气相沉积 (CVD) 直接在固体表面上创建 CNT 薄膜。该方法依赖于铁和钴催化剂来提高反应效率。该过程使用碳源，如一氧化碳、乙醇或乙烯，以提供纳米管形成的材料。添加氢气是为了阻止不需要的碳颗粒的形成。标准操作中，氢气以400-1000 sccm 流动。同时，一氧化碳以200-1000 sccm 流动。温度在 600-900°C 之间保持在氩环境中。

      这些精确的设置确保高质量的CNT薄膜能够直接生长在基材上。CVD创建的薄膜具有高纯度和良好的厚度控制。许多研究实验室和工厂使用CVD，因为它可以制作出强且均匀的CNT薄膜。不同的CVD变体创建各种类型的CNT复合薄膜。许多最近的研究表明，单独使用CVD制作的CNT薄膜。有时这种方法会与其他技术结合使用。

电泳沉积

      电泳沉积（EPD）通过将带电粒子移动到电极上来工作。这通过使用电场来实现。在这个过程中，液态溶液中的带电CNTs移动到电极并堆叠形成固体薄膜。主要缺点是EPD只能在导电表面上工作。包裹在特殊化学品中的CNT颗粒带有负电荷，这有助于它们在电场中移动。 

      第一次成功的碳纳米管（CNT）沉积是使用酒精混合物完成的。它将多壁碳纳米管沉积到金属表面。他们注意到在过程中形成了气泡，这在最终薄膜中形成了小孔。科学家可以通过向溶液中添加带电盐来改进这种方法。这将帮助碳纳米管更好地附着在表面并更快地沉积。所使用的盐类型决定碳纳米管是在正电极还是负电极处收集。研究人员还可以制作复合薄膜。在开始沉积过程之前，他们可以将碳纳米管与其他溶液中的材料一起使用。

真空过滤法

      真空过滤是一种从液体混合物中制备碳纳米管（CNT）碳纳米管薄膜的简单方法。该方法利用特殊漏斗两侧的压力差来分离材料。碳纳米管在滤纸上被压在一起，形成薄片。然后将薄膜剥离并完全干燥。用这种方法制成的CNT碳纳米管薄膜导电性非常好。这些薄膜还具有很强的防水性能。 

      制造商可以通过改变过滤速度和材料比例来控制薄膜的特性。该技术也可以通过向碳纳米管添加化学基团来实现。不同类型的碳纳米管可以层叠在一起以创建具有多个部分的薄膜。然而，真空过滤得到的薄膜相当厚。这种厚度限制了其在某些应用中的使用。薄膜在用于设备之前也必须转移到其他表面上。

旋转涂覆

      旋转涂覆通过将一滴CNT混合物放在平面上来制作CNT碳纳米管薄膜。该表面高速旋转以均匀涂抹液体。离心力将混合物向外部拉伸，形成一层薄薄的层。薄膜厚度取决于三个主要因素。这些是液体厚度、旋转速度和旋转时间。CNTs在大约45度角的方向上排列。无论旋转速度或位置如何，这个角度保持不变。CNT浓度极大地影响薄膜的外观。显微镜研究表明，浓度效应是重要的。该技术有一些缺点。其中之一是它不适合大规模涂覆。此外，它产量不高，因为大部分材料都被甩掉并处理掉。

主要应用和使用案例

1. 触摸屏技术与显示

      CNT 薄膜在触摸屏中作为透明电极工作。这些薄膜取代了旧的氧化铟锡涂层。CNT薄膜可以弯曲而不断裂，而脆弱的ITO材料则不能。它们出现在计算机屏幕、手机、PDA和ATM显示屏上。OLED设备使用CNT碳纳米管薄膜作为透明导体和注入层。

2. 能源存储与管理

      CNT碳纳米管薄膜使超级电容器和储能设备成为可能。当与硅涂层结合时，它们在柔性高能密度电池中工作。这些薄膜在电子设备中提供出色的热管理。它们创造有效的散热器，从敏感组件中去除多余的热量。CNT碳纳米管薄膜还支持光伏应用，尽管目前性能落后于金属替代品。

3. 感知和检测系统

      传感器装置代表了CNT应用最有前途的领域。CNT膜创造了高度敏感的生物传感器，可以检测DNA和蛋白质。它们在柔性电子设备中作为应变传感器工作。这些膜可以检测一氧化氮和心脏肌钙蛋白等气体。环境传感器使用CNT膜来监测空气和水的质量。军事应用包括检测化学威胁的传感器。

4. 工业和结构加固

      CNT碳纳米管薄膜增强了网球拍、棒球棒和自行车车架等运动器材。它们加固了风力涡轮机叶片和船体，提高了耐用性。薄膜在电子封装中提供电磁干扰（EMI）屏蔽。它们形成防腐涂层，保护金属表面。建筑中使用CNT/混凝土混合物来增加抗拉强度。

5. 医疗和生物医学应用

      CNT碳纳米管薄膜支持生物医学植入物和设备。它们作为组织工程的支架，包括骨骼、软骨和肌肉组织。这些薄膜在医学诊断中实现荧光和光声成像。它们为假肢装置提供生物相容表面。CNT薄膜还支持药物递送系统和用于监测患者健康的医疗传感器。

结论

      CNT碳纳米管薄膜在全球制造商中引起了极大的兴趣。它们具有出色的电学、光学和机械性能。今天，许多制造方法使从触摸屏到医疗设备的各种应用成为可能。尽管在成本和加工方面存在挑战，制造商现在正在开发成本效益高的解决方案。由于需求的增加，其市场规模正在快速增长。不久，它们可能会取代像氧化铟锡这样的材料TFCs。