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概述

  碳纳米管又称巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料（径向尺寸在纳米数量级，轴向尺寸在微米数量级，管的两端基本密封）。碳纳米管主要是由几层到几十层碳原子排列成六边形的同轴管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。根据碳六边形沿轴向方向的不同，可分为锯齿型、扶手型和螺旋型三种。其中，螺旋型碳纳米管具有手性，而锯齿型和扶手型碳纳米管不具有手性。

  作为一种一维纳米材料，碳纳米管重量轻，完美地连接在一个六边形结构中，并具有许多不寻常的机械，电气和化学性质。近年来，随着对碳纳米管和纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景正在不断展现。

  发展道路

  碳纳米管在1991年被正式认识和命名之前，已经在一些研究中发现和生产了碳纳米管，但当时并没有认识到它是一种新的重要的碳形式。1890年，人们发现含碳气体可以在热表面分解形成丝状碳。20世纪70年代末，新西兰科学家发现，当两个石墨电极之间产生电火花时，电极表面会形成小纤维簇。进行电子衍射测量，发现壁由类石墨碳组成。事实上，它已经观察到多壁碳纳米管。

  类型

  碳纳米管根据其结构特点可分为扶手型、锯齿型和手性型三种。

  1. 根据碳纳米管的导电性能，可分为金属碳纳米管和半导体碳纳米管：当nm=3k（k是整数），碳纳米管是金属的。当nm=3k±1时，碳纳米管是半导体。

  2. 根据管壁是否存在缺陷，可分为：完整碳纳米管和含缺陷碳纳米管。

  3. 根据形状的均匀性和整体形状，可分为：直管型、碳纳米管束型、Y型、蛇型等。

  优势

  碳纳米管的性质包括力学方面、导电性、传热性和光学方面。

  碳纳米管具有良好的力学性能，是目前可以制备的比强度最高的材料。如果以其他工程材料为基体，与碳纳米管制成复合材料，则复合材料可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性和各向同性，大大提高了复合材料的性能。

  碳纳米管具有良好的导电性。当碳纳米管的直径大于6nm时，电导率下降。当碳纳米管直径小于6nm时，碳纳米管可以看作是具有良好导电性的一维量子线。据报道，黄经计算，直径为0.7nm的碳纳米管具有超导电性。虽然超导转变温度仅为1.5×10—4K，但表明了碳纳米管在超导领域的应用前景。

  碳纳米管具有良好的传热性能和较高的导热系数。只要在复合材料中掺杂少量的碳纳米管，复合材料的导热性能就会大大提高。

  缺点

  由于碳纳米管具有较大的比表面积和表面疏水性，对共存污染物，特别是有机污染物具有很强的吸附能力。碳纳米管对污染物的吸附不仅会改变污染物的环境行为，还会影响其自身的环境行为。因此，由于碳纳米管在工程中的大量应用，其广泛存在于环境中的环境风险应引起重视。

  生产方式

  常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、固相热解法、离子或激光溅射法、聚合反应合成法、化学气相沉积法（烃类气体热解法）、辉光光放电法、气体燃烧法和催化裂化法等。

1.17-22市场规模数据图表:

统计数据显示，2017年中国碳纳米管行业市场规模5.8亿元，2022年中国碳纳米管行业市场规模16.92亿元。2017-2022年中国碳纳米管行业市场规模如下：

图表：2017-2022年中国碳纳米管行业市场规模

数据来源：智研瞻产业研究院

2. 23-29市场规模数据

预测2029年中国碳纳米管行业市场规模32.49亿元。2023-2029年中国碳纳米管行业市场规模预测如下：

图表：2023-2029年中国碳纳米管行业市场规模预测

数据来源：智研瞻产业研究院

  预计到2023年，我国碳纳米管导电浆料在动力锂电池和数码电池领域的渗透率将分别达到82.20%和31.9%。我国对碳纳米管的需求将达到18.46万吨，需求空间将达到64亿元。

国家政策

2020年6月，发改委等部门在《关于扩大战略性产业投资培育壮大新增长点增长极的指导意见》中指出，加快在光刻胶、高纯靶材、高温合金、高性能纤维材料、高强高导耐热材料、耐腐蚀材料、大尺寸硅片、电子封装材料等领域实现突破；提升稀土、钒钛、钨钼、锂、铷铯、石墨等特色资源在开采、冶炼、深加工等环节的技术水平;加快拓展石墨烯、纳米材料等在光电子、航空装备、新能源、生物医药等领域的应用。

发展趋势

  碳纳米管可以制成透明导电膜，取代ITO（氧化铟锡）作为触摸屏材料。据物理学家组织网和英国广播公司2013年9月26日报道，美国斯坦福大学的工程师在新一代电子设备领域取得突破。计算机体积更小，速度更快，更节能。碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物和其他物质，这样一来，碳纳米管就可以用作模具，利用碳纳米管或相关技术制备的微丝就可以放在硅芯片上，生产出更复杂的电路。利用碳纳米管的特性，可以制备出许多性能优异的复合材料。这类材料具有高强度、高模量、耐高温、热膨胀系数小、抗热变性强等特点。

  碳纳米管还为物理学家研究毛细现象的机理提供了最薄的毛细管，为化学家提供了纳米化学反应的最薄试管。

  总的来说，由于碳纳米管的应用领域广泛，我国非常重视碳纳米管产业的发展。预计在政策的支持下，碳纳米管的应用领域也将扩大。