在電子器件、結構增強、污水處理領域的應用潛能
CNTs的電學性能是研究最多和最具有應用前景的領域。較為成熟的應用有:柔性電子器件和導電薄膜以及用于真空微電子器件的發(fā)射器,原子力顯微鏡(AFM)的納米探針,高效電子傳輸的催化劑載體,電化學反應的微電極和儲能材料。
在結構增強方面,CNTs可以與含硅、含鋁等無機材料制備復合纖維,這類纖維具有很好的結構增強性能。如:在環(huán)氧樹脂中加入CNTs-SiC纖維,裂縫寬度和平面剪切層間的韌性分別增強了34%和54%;加入CNTs-Al2O3纖維,平面剪切層間的韌性增強了69%。與碳纖維相比,雖然成本較高,但CNTs的高比表面積可以提高復合材料的界面粘附性,大大降低界面復合產生的缺陷和瑕疵,在高端用途方面顯示出巨大潛能,在航空航天領域將發(fā)揮積極作用。
CNTs由于其良好的圓柱形中空結構、大的比表面積、高的長徑比、疏水性壁和容易進行表面修飾等優(yōu)勢正在成為有潛力的吸附劑。特別是對水污染中難處理的有機染料等物質具有良好的吸附容量。但高成本制約了其工業(yè)化應用。
規(guī)?;a中需要注意的問題
隨著CNTs研究、開發(fā)和應用的不斷深入,微納米材料潛在的危害越來越引起全球范圍的關注。盡管CNTs的幾何形狀和表面化學特性從理論上講對生物體影響有限,但潛在的毒性仍令人擔憂。
CNTs具有獨特的結構和化學性質。一方面,CNTs在很多領域得到廣泛應用。因此,在工程化生產中,生產環(huán)境的安全性問題顯得尤為突出;另一方面,由于CNTs質量輕,容易在空氣中傳播,很容易經呼吸道進入人體并造成危害。因此,對CNTs的毒性研究是十分必要的。
很多研究者采用吸入、注射、攝取和皮膚接觸等方法,研究了CNTs對小白鼠等動物體的影響,大量研究表明,CNTs對小鼠的心血管、呼吸和消化系統(tǒng)均有一定的毒性;且對人體的巨噬細胞、肺上皮細胞和角質細胞等均可產生細胞毒效應,導致氧化損傷、炎癥反應等。但部分研究者認為對CNTs毒性研究還不夠明確,得出了一些互相矛盾的結果,可能與不同的實驗方法有關。CNTs真正廣泛應用后能否對環(huán)境和人類造成影響仍未可知,究竟CNTs的安全濃度是多少,多大的累積劑量可以對環(huán)境安全和人類健康產生影響還需要進一步的研究和探索。
為了健康和安全生產,很多國家制定CNTs的生產和使用標準。如,2011 年美國國家標準與技術研究所發(fā)布了SWNT的使用標準;隨后美國電氣和電子工程師協(xié)會(IEEE)制定了用于CNTs加工潔凈的生產標準;科思創(chuàng)提出了碳納米管的職業(yè)接觸限值;期間我國也發(fā)布了碳納米管的處理標準。隨著大量CNTs產品進入消費市場,CNTs的處理和再利用過程顯得尤其重要。近年來這些問題已引起業(yè)界、學術界、各國和地區(qū)政府的高度關注,共同研究CNTs在整個使用周期內對環(huán)境和社會的影響。CNTs的發(fā)展還需謹慎進行,尤其是可能產生微納米大氣懸浮物的CNTs制造業(yè),應慎重發(fā)展。