经过30多年的研究，人们对碳纳米管（CNTs）的合成、特性和应用有了深入的了解。然而，迄今为止，以CNTs为主导材料的行业还很少。CNTs工业应用的难点是CNTs聚集体的性质与单个CNT的性质之间的差距。因此，如何保持CNT在组装成聚集体时的固有性质具有重要意义。

近日，北京大学张锦院士总结和分析了CNTs材料在各个领域的研究现状，从成熟的技术到潜在的产业，包括储能、电子、机械和其他应用。针对每种应用，将CNTs的固有性质与其聚集体的实际性能进行比较，以找出CNT合成中的关键问题。最后，对CNT从纳米尺度到宏观应用进行了展望，为CNT的实际应用提供了一些启示。

文章要点

1）锂电池和超级电容器是最有前途的两种电源，其中电极决定了电池的最终性能。因此，采用先进的电极材料，设计电极结构具有重要意义。CNT具有良好的导电性，有利于降低储能系统的电阻。此外，CNT良好的化学稳定性使其能够承受高电流和高电压。最重要的是，CNT已经实现了大规模生产。因此，CNT被认为是下一代电极的明星材料之一。作者总结了CNT在储能系统中的作用，用于添加剂，以及从单一的CNT到CNT产业的研究进展。

2）基于CNT的电子学研究正不断取得突破性进展，包括场效应管、逻辑电路、射频器件、薄膜晶体管、光电子学、传感器等。CNT水平阵列和薄膜都是电子应用的重要集合体。为了提出CNT在下一代集成电路中潜在的杀手级应用，研究人员集中总结了基于水平阵列的器件，其中CNT起着不可替代的作用，主要包括：i）CNT基数字和射频电子器件；ii）从单个CNT到水平排列的CNT阵列；iii）CNT材料在电子领域的潜在应用。

3）CNT由于具有极强的碳-碳共价键和无缝的圆柱状石墨结构，因此具有优异的力学性能。理论上，CNT同时具有高强度（100−200 GPa）、高模量（1−2 Tpa）和高断裂应变（>15%）。然而，实验室上，很难同时实现这些高的力学性能，尤其是在宏观尺度上。这主要是由于碳纳米管的缺陷，因此控制合成极具挑战。具有完美结构的超强超长CNT的抗拉强度可达到200 GPa。单个CNT优异的力学和物理性能促使研究人员开发基于CNT的高性能宏观结构，如碳纳米管纤维（CNTFs）。

4）CNT具有许多出色的性能，在电磁屏蔽、热管理等领域得到了广泛的应用。传统的电磁屏蔽复合材料大多密度高，耐高温、耐腐蚀性能差等缺点。而CNT结构具有可调、质量轻、导电性好等特点，因此，通过添加CNT可以缓解电磁屏蔽复合材料的缺点。此外，CNT的另一个潜在应用是作为热界面材料（TIM），其应用于两个界面之间，实现连续良好的散热。

参考文献

Liu Qian, et al, Building a Bridge for Carbon Nanotubes from Nanoscale Structure to Macroscopic Application, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c08554

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08554