碳纳米管用作弹性体填料——期望与现实

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碳纳米管 用途 -回复

碳纳米管 用途 -回复

碳纳米管用途-回复碳纳米管是一种具有独特结构和特性的纳米材料,由碳原子通过特定的方法在纳米尺度下形成管状结构。

碳纳米管具有高强度、高导电性、高导热性和良好的化学稳定性等优异特性,因此在众多领域中具有广泛的应用前景。

首先,碳纳米管在材料科学领域具有广泛应用。

由于碳纳米管的高强度和轻质性质,它们被广泛应用于增强复合材料的制备。

将碳纳米管作为增强剂加入到复合材料中,可以显著提高材料的力学性能,如强度和刚度。

同时,碳纳米管具有良好的导电性和导热性,在电子器件和导热材料等方面也得到了应用。

碳纳米管可以作为电极材料,用于制备高性能的锂离子电池和超级电容器等电子器件。

其次,碳纳米管在能源领域具有重要的应用潜力。

碳纳米管的高导电性、高导热性以及良好的化学稳定性使其成为理想的催化剂载体。

碳纳米管可以作为载体,将金属或半导体纳米颗粒负载其中,形成高效的催化剂,用于催化水分解、电催化CO2还原和金属空气电池等能源转换和储存领域。

此外,碳纳米管还可以用于制备柔性太阳能电池和柔性燃料电池等新型能源器件,具有高能量转换效率和可弯曲性。

此外,碳纳米管在生物医学领域也具有广泛的应用。

由于碳纳米管具有良好的生物相容性和生物活性,它们可以作为载体或传感器应用于药物传输和生物分析等领域。

碳纳米管可以用作药物输送系统的载体,将药物包裹在管内,利用碳纳米管的高表面积提高药物的负荷量和缓释效果。

此外,碳纳米管还可以用于生物传感器的制备,通过与生物分子的特异性相互作用,实现对生物分子的检测和分析。

最后,碳纳米管在环境保护和污染治理领域也有重要的应用价值。

由于碳纳米管具有良好的吸附性能和分离性能,它们可以被用于水污染物的处理和气相有害气体的去除。

碳纳米管可以以纳米过滤膜的形式,用于水中微量有害物质的分离和去除。

碳纳米管还可以被用作吸附剂,吸附和去除水中的有机污染物和重金属离子。

此外,碳纳米管还可以用作催化剂去除有害气体,如环境中的有机气体和有毒气体。

碳纳米管的应用和前景

碳纳米管的应用和前景

碳纳米管的应用和前景随着科技的不断发展,碳纳米管(Carbon nanotube)这种具有特殊结构和优异性能的新材料,日益受到人们的关注。

碳纳米管是由碳原子按照特定的方式排列形成的一种纳米级管状结构。

它具有良好的导电性、导热性、强韧性、轻质化、柔性和高比表面积等特点,并且在医学、能源、环保、材料、电子等领域都有着广泛的应用前景。

在电子领域,碳纳米管的应用主要集中在三方面:高性能晶体管、高频电子器件和可穿戴电子设备。

高性能晶体管是现代电子设备发展的基础之一,而碳纳米管具有比硅晶体管更高的载流子迁移率和更小的体积,使得它在晶体管领域具有更广阔的应用前景。

此外,碳纳米管还可以应用于高频电子器件的制备,其频率响应能力和边缘速度等性能远优于硅片。

而在可穿戴电子设备方面,碳纳米管的轻质化、柔性和高导电性,使得其可以广泛应用于智能手环、智能手表等穿戴式设备上,为用户提供更便捷的交互方式和更精准的监测数据。

在医学领域,碳纳米管的应用涉及到药物传递、肿瘤治疗和生物分子检测等多个方面。

该材料具有优异的生物相容性和生物吸附性,使其可以用来制备生物传感器和生物芯片等生物医学器械,并且其特殊的管状结构可以被改造成各种形状和尺寸的纳米粒子,以实现对癌细胞和病原菌等病理细胞的有效治疗和检测。

另外,由于碳纳米管具有高比表面积,使得其可以用来制备具有高效吸附和分离能力的纳米过滤膜,可用于水处理、空气净化等方面。

在能源领域,碳纳米管的应用主要集中在太阳能电池和储能装置方面。

由于碳纳米管的导电性和光生电化学性质,可以用来制备高效的太阳能电池材料,并且其轻质化的结构使得其可以应用于航空航天等特殊领域。

另外,碳纳米管还可以用来制备高效的储能装置,如超级电容器和锂离子电池等,提高电能存储效率和容量。

在材料领域,碳纳米管的应用涉及到复合材料、高性能纤维和超强材料等方面。

由于其特殊的结构和优异的性能,碳纳米管可以广泛应用于各种高性能材料的制备和增强,如碳纤维、复合材料等。

碳纳米管弹性性能建模与仿真研究

碳纳米管弹性性能建模与仿真研究

碳纳米管弹性性能建模与仿真研究碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)是一种由碳元素按照特定的晶体结构在纳米尺度下组成的管状物质,具有极强的强度和导电性能,因此被广泛地用于纳米电子器件、材料增强和生物医学等领域。

其中,碳纳米管的弹性性能对其性能发挥及应用领域起着至关重要的作用,因此针对其弹性性能进行建模和仿真研究具有重要意义。

一、碳纳米管弹性性能及其应用碳纳米管具有极高的强度和弹性模量等优异的机械性能,因此已经被广泛地应用于传感器、纳米电子器件和材料增强等领域。

在这些领域中,碳纳米管的弹性性能是一个十分重要的参数,因为它决定了碳纳米管在工作中所能承受的载荷和应力范围。

同时,对碳纳米管弹性性能的研究可以从基本层面揭示这种新型纳米材料的力学性质,从而在其应用中发挥更优越的性能。

二、碳纳米管弹性性能建模为了更精确地描述碳纳米管的弹性性能,需要进行建模。

目前,研究人员提出了多种建模方法,其中常见的是使用分子动力学模拟和量子力学计算来对碳纳米管进行力学分析。

一些理论模型也被用于了解碳纳米管的弹性性质,例如模型对碳纳米管的机械破坏和塑性形变等进行了理论分析。

三、碳纳米管弹性性能仿真研究针对碳纳米管的弹性性能,还需要进行仿真研究以帮助理解其力学行为。

现在,许多研究人员使用分子动力学模拟和有限元分析等方法来研究碳纳米管的弹性性能。

在这些方法中,基于分子动力学的方法常常能够获得高速度和大尺寸的计算效率,但是不能处理太小的尺寸;而基于有限元分析的方法则可以处理更复杂的几何形状和边界条件,但其准确性和计算效率不如基于分子动力学的方法。

因此,在实际研究中,两种方法常常被相结合使用。

四、结论对碳纳米管弹性性能的建模和仿真研究,是研究碳纳米管材料性能和应用的重要手段。

研究人员在此方面一直在探索新的理论和算法,以提高计算效率和准确性,并应用于纳米电子、材料科学和生物医学等领域。

碳纳米管弹性性能的研究不仅有助于开发更高性能的材料和器件,还为解决一些相关问题提供了新的思路和方法。

碳纳米管的应用与展望

碳纳米管的应用与展望

碳纳米管的应用与展望碳纳米管是一种具有非常特殊物理和化学性质的碳纤维材料。

它不仅具有高强度、轻质、导电性、热导性等特点,更重要的是,它的直径只有几个纳米,这意味着它可以在微观尺度下进行修建和设计。

碳纳米管的应用前景十分广阔,涉及到多个领域,下面我们来详细了解一下。

1. 生物医学应用碳纳米管在生物医学领域的应用正在不断深入。

它可以作为一种极好的生物传感器,可以检测血糖、血脂肪等生理指标,从而为疾病的早期诊断提供可能。

此外,碳纳米管还可以被用来修建细胞培养环境,从而促进和加速细胞分裂、增殖和治疗。

同时,碳纳米管还有一定的药物吸附和释放功能,可以用来制造高效的药物递送系统,为治疗癌症、心脑血管疾病、感染性疾病等提供新的思路和方法。

2. 材料科学应用碳纳米管可以作为一种新型的材料为许多现有的应用提供改进或者创新的方式,例如设计更加轻便、高强度的航空器、特种材料,制造更加高效、触发灵敏、环保的传感器,以及改善能源储存和转换等。

此外,碳纳米管还有良好的电子传导特性,可以作为新型的半导体材料,有望对现代电子技术产生深远的影响。

3. 环境保护应用随着全球环保意识的提升,碳纳米管的应用也逐渐受到瞩目。

碳纳米管可以作为一种新型的污染物吸附材料,可以去除空气中的有害气体,如二氧化硫、氮氧化物等,还可以去除水中的有害物质,如重金属和有机污染物。

此外,碳纳米管还可以作为一种高效的光催化材料,可以降解污染物,为改善环境质量做出贡献。

虽然碳纳米管在多个领域都有广泛的应用前景和深远的影响,但是在实际应用中,还需要解决一些技术和经济上的挑战。

例如,需要发展更加低成本的碳纳米管制备方法,解决碳纳米管的大规模生产问题;需要开展系统的生态安全评价,了解碳纳米管对环境和人体的潜在风险等。

未来,在科技的推动下,碳纳米管的应用前景必将更加广泛和深入,也必将为社会和人类的可持续发展做出重要贡献。

碳纳米管技术的研究和应用前景

碳纳米管技术的研究和应用前景

碳纳米管技术的研究和应用前景随着科技的发展,碳纳米管技术成为新兴领域。

碳纳米管作为一种新型纳米材料,具有优良的导电、导热性能、高强度、轻质、高表面活性等特点,被广泛地应用于能源、材料、电子、生物医学等领域,并且具有非常广阔的应用前景。

一. 碳纳米管的发现1985年,日本科学家Sumio Iijima在透过透射电子显微镜观察相变微结构时,在石墨棒中发现一种空心管状物质,它的直径只有几个纳米,但却非常长,长达数百微米,这就是碳纳米管。

碳纳米管主要由碳原子构成,呈同心圆管状结构,在管壁上以蛇形排列呈单一或多层的结构。

二. 碳纳米管的结构特点碳纳米管是由一层薄而坚韧的碳原子形成的,具有优良的力学稳定性,可以承受高达100Gpa的拉力。

此外,碳纳米管的直径一般在1-100纳米之间,长度可以达到好几个微米,具有高欠垂直度,呈现出一些独特的光学和电学特性。

三. 碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术目前主要有热解法、甲烷化法、等离子体增强化学气相沉积等。

其中,等离子体增强化学气相沉积技术具有高效率、高质量、可控性强等优点,在制备高质量碳纳米管方面具有较高的研究价值和应用前景。

四. 碳纳米管的应用前景碳纳米管在能源、材料、电子、生物医学等领域均有广泛应用。

其中,在能源领域,碳纳米管可以用于储氢、储能等方面;在材料方面,碳纳米管可以制备出复合材料、纳米复合材料,提高材料的强度、导电、导热性能,被广泛应用于汽车、飞机等领域;在电子方面,碳纳米管可以制备纳米计算机、纳米传感器等应用,也能用于电子显示器件领域;在生物医学方面,碳纳米管可以作为靶向治疗药物所用的载体,以及早期癌症的诊断与治疗。

由此可见,碳纳米管在各个领域都有广泛应用前景。

五. 碳纳米管技术的研究方向碳纳米管技术的研究方向主要有以下几个:1. 碳纳米管的合成和表征;2. 碳纳米管的应用技术和产业化;3. 碳纳米管的毒理学和安全性评价;4. 碳纳米管的功能化和修饰;5. 碳纳米管与其他材料的复合。

新材料作文素材及范文

新材料作文素材及范文

新材料作文素材及范文新材料是指在材料科学和工程领域中,利用新技术和新工艺制备出来的具有特殊性能和功能的材料。

新材料的出现,极大地推动了现代工业的发展,也为我们的生活带来了许多便利和改变。

在写作文时,我们可以运用新材料这一话题,来进行写作,下面是一些关于新材料的素材及范文,供大家参考。

素材一,碳纳米管。

碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料,具有极强的韧性和导电性,被广泛应用于电子产品、航天航空等领域。

在作文中,我们可以以碳纳米管为素材,写出科技创新对社会发展的推动作用,以及新材料对产业升级的影响。

范文一:碳纳米管是一种新型的材料,其强韧的性能使得它在航天航空领域得到了广泛的应用。

由碳原子构成的碳纳米管,具有极好的导电性和导热性,使得它成为了电子产品中不可或缺的材料。

科技创新的推动作用使得碳纳米管的制备工艺得到了不断的改进,其应用范围也在不断扩大。

可以预见,碳纳米管这种新材料将会对产业升级产生深远的影响,推动着社会的发展。

素材二,石墨烯。

石墨烯是由碳原子构成的二维晶格结构材料,具有极好的导电性和柔韧性,被誉为“未来材料之王”。

在作文中,我们可以以石墨烯为素材,写出新材料在环保、能源等领域的应用,以及其对科技创新的推动作用。

范文二:石墨烯作为一种新型的材料,其在环保、能源等领域的应用前景广阔。

石墨烯具有极好的导电性和柔韧性,使得它成为了新能源材料研究领域的热门素材。

科技创新的推动作用使得石墨烯在制备工艺和性能优化方面取得了重大突破,其在太阳能电池、储能设备等领域的应用也在不断拓展。

可以预见,石墨烯这种新材料将会在环保、能源等领域发挥重要作用,推动着科技的进步。

总结:新材料的出现,为我们的生活带来了许多便利和改变。

在作文中,我们可以运用新材料这一话题,来进行写作,以素材为基础,结合科技创新和社会发展的话题,进行深入的思考和阐述。

新材料的应用前景广阔,科技创新的推动作用也是不可忽视的,希望大家能够在写作中充分发挥想象力,写出更加精彩的作文。

碳纳米管的研究与应用前景

碳纳米管的研究与应用前景

碳纳米管的研究与应用前景随着科技不断的发展,材料学也逐渐成为了一个重要的领域。

在材料学研究中,碳纳米管(CNTs)被认为是一种十分有前途的材料,因为它在力学性质、电学性质、热学性质等方面都有着出色的特性。

本文将探讨碳纳米管的研究与应用前景,希望能够为其进一步的研究提供一些参考。

一、碳纳米管的发现与基本特性碳纳米管是由碳原子构成的薄膜材料。

1985年,日本学者Sumio Iijima第一次通过透过电子显微镜发现了碳纳米管。

碳纳米管呈现为一个细长的管状结构,直径在纳米级别,长度可以达到微米级别。

碳纳米管内部空腔的直径通常在1-2nm之间,而碳纳米管壁的厚度则在0.3-0.7nm之间。

碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种类型,其中单壁碳纳米管由一层碳原子组成,而多壁碳纳米管内部有多个碳原子层,层数在2-100之间。

碳纳米管的物理特性主要包括力学性质、电学特性和热学性质。

碳纳米管的弹性模量通常在1.0-4.5 TPa之间,这是因为碳纳米管的晶格结构独特,可以承受较大的拉伸力。

碳纳米管的导电性是其重要的电学性质之一,其导电性一般比铜等金属导体要高得多。

此外,碳纳米管还具有很高的热导率,是银的5倍,铜的10倍。

因此,碳纳米管在材料学方面的应用前景非常广阔。

下面将从材料、电子学和能源等方面讨论碳纳米管的应用。

二、碳纳米管的材料应用碳纳米管在材料学方面的应用非常广泛。

其机械性能好、导热性好、导电性好、化学稳定性好等特点,使得碳纳米管成为材料学领域的研究热点。

联合国工业发展组织曾在一份报告中指出,碳纳米管可用于新一代材料的制备,广泛应用于催化、光纤、电子材料等领域。

在催化剂方面,碳纳米管的物理化学性质可以被用于催化反应。

美国斯坦福大学的科学家研究表明,碳纳米管可以用于制备高效的催化剂。

其超高表面积使得活性中心密度很高,可以得到很高的催化效率。

在电子材料方面,碳纳米管可以用于制造半导体、纳米晶体管等器件。

新材料概论-碳纳米管

新材料概论-碳纳米管

新材料概论-碳纳米管碳纳米管制备及应用展望在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时,意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是现在被称作的“Carbon nanotube”,即碳纳米管,又名巴基管。

碳纳米管是一种具有独特结构的一堆量子材料,由石墨碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管壁厚度仅为几纳米,长度可达数微米。

由于拥有潜在的优越性能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有重大发展前景。

比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直径的几千倍,被称为“超级纤维”,其性质随直径和螺旋角的不同有明显变化。

近年来,美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快,并在制备和应用方面取得了突破性进展。

一、碳纳米管的性能⑴力学性能由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化,相比SP3杂化,SP2杂化中S轨道成分比较大,使碳纳米管具有高模量、高强度。

碳纳米管具有良好的力学性能,CNTs抗拉强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。

对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管,其抗拉强度约800GPa。

碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似,但其结构却比高分子材料稳定得多。

碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。

若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。

碳纳米管的硬度与金刚石相当,却拥有良好的柔韧性,可以拉伸。

目前在工业上常用的增强型纤维中,决定强度的一个关键因素是长径比,即长度和直径之比。

目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1,而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上,是理想的高强度纤维材料。

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式 中 , 是 在渗 滤 阈值 时的体 积分数 , 和 C 的为 常数 。渗 滤 阈值 在很 大程 度上 取决 于纳米 管在 聚
有 出色 的电性 能 、 热 性 和 高 机械 强 度 。单 束 碳 导 纳米 管 的导 电率 可 达 到 1 O S/c 的 值 , 金 属 m 与
的导 电率 ( 为 5 ×1 S/c 铁 为 9 9 0S 铜 9 0 m, . 1 X /c 接 近 , m) 而且 纳 米 管 的密 度 非 常 低 , 可 大 幅 也 减 轻重 量 。众 所 周 知 , 材 料 通 常具 有 高 导 热 性 碳
途 : 如 在 热 管 理 系 统 、 刷 电 路 板 、 接 器 、 接 例 印 连 热
口材 料 、 散热 片 等 中 。单个 纳 米 管 相 对 于 聚合 物
5 0
橡 胶 参 考 资 料
21 0 0拄
的优 良导 热 性 ( 分 别 为 ~ 1 。和 0 1 i K ) . c 0 . Wn
估 算 的值
这 些性 质 大多与碳 纳 米管 的各 向异性 结 构密 切 相关 , 它们 的形 状 系数 和纳米 尺度 , 对理 解 其在 溶 液 以及 聚合物 复合材 料 中 的行 为 十分关 键 。正 是 由于这些 异乎 寻 常 的性 能 , 速激 起 了人 们 对 迅 碳 纳米 管在 聚合 物 内作 为填 料 的潜在 用途 的极 大 兴 趣 。因此 , 继饭 岛 1 9 9 1年 发 现碳 纳 米 管后 , 早
电填料 的潜 力 已经 成 功 地实 现 , 已有 人 报 导 取碳
纳 米管 的 可 弯 曲“ 绳 ” 滤 阈 值 低 至 0 02 。 长 渗 . 0
在 19 9 4年 由阿 贾扬 等 人 报告 了最 先使 用 碳 纳 米 管 的聚 合 物 纳 米 复 合 材 料 。在 许 多 其 他 特 性 当
因 为 其 独 特 的 结 构 与 特 性 如 高 柔 韧 性 、 质 量 密 低
范 围内 ) 就会 具 有导 电性 。某 一 种 复 合材 料 的导 电率 与纳 米管 的体 积分 数遵循 相似 律 :
o C( — 厂一 ) p () 1
度和大 长径 比 ( 常 为 3 0 1 0 ) 还 因 为 其 拥 通 0 ~ 00 ,
0 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

1 0
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Z O
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弹性 模量 约为 1 a 相 比之 下 Ke lr TP ( va 约为 0 1 .5
T a 不 锈 钢 约 为 0 2T a) P , . P 。
图 1 橡 胶胶 乳 中 高 分 散 体 系( ) 普 通 混 合体 系 ( ) o 及 口 的 仃与 碳 纳 米 管 含 量 的 关 系。 虚 线 是 通 过 混 合 律
的关 系 。
为 30 ・ m K 0 0W
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8 .EO 1 0 — 5

60 ・ 6 0W m K ) 使 这 种 不 寻常 的优 越 特性 则
更加 突 出 , 因此 把 此 种 材料 归类 为 有 史 以 来 导 热
率最 高 的材料 。由于其 单个碳 原 子 间形成 的共 价
第4 o卷
第 6期
碳 纳米 管用 作 弹性体 填料 —— 期望 与现 实
4 9
碳 纳米 管 用 作 弹 性 体 填 料— — 期 望 与 现 实
朱永 康 ( 中橡集 团炭黑 工业研 究 设计 院 , 四川 自贡 6 3 0 ) 编译 4 0 0
如今 , 纳米 管 ( NT) 碳 C 因其 据 认 为异 常诱 人 的应用 前景 已引起 越 来 越 多 的关 注 , 这不 仅 仅 是
s , 纳米 管堪 称 是迄 今 所 发 现 的 强度 最 高 、 p键 碳 刚性 最好 的材 料 , 拉伸 强 度 为 1 ~1 0 a 相 其 O 5 MP (
比之 下 Ke l 。为 3 5M P , 锈 钢 为 1M P ) va r . a 不 a,
1 0 一1 .E 0
与如 图 1 示 的常 规混 合 物 ( 渗 滤 阈值 为 所 其 8 左 右 ) 比 , 分 散碳 纳 米 管 在 天然 橡 胶 胶 乳 相 高
中使纳 米 管的渗 滤 阈值 下 降到 不 足 1 %。后 者 的
这 个值 仍然 处在 与传 统炭 黑相 同的 导 电渗 滤 阈范
围 内。 因此 , 米 管在 聚合 物 复 合材 料 中作 为 导 纳
能 , 碳 纳 米 管 ( 个 纳 米 管 导 热 率 的 实 验 测 量 值 而 单
合物基 体 内 的空 间分 布 , 因而 , 以使 用该 参数来 可
评 估碳 纳米 管在 复合 材料 中 的分 散 质量 。图 1 示 出室温 下 2mm 厚静 置薄 片通 过 四点法 测得 的 导 电率在 高 、 碳 纳 米 管 分 散 条 件 下 与 C 低 NT 含 量
印刷 电路 布线 等 等 。
1 导 电性
填料 含 量 超 过 某 一 临 界 值 ( 为 “ 滤 阈 称 渗 值” , ) 绝缘 聚合 物 中含 有 导 电填 料 的复合 材料 ( 普 通 聚 合 物 的导 电率 通 常 处在 小 于 1 S/ m 的 O c
2 导 热 性
聚合 物复 合材 料 的导热性 具 有许 多潜在 的用
分 散无法 解释 预期 结 果 与实 验 结果 之 间 的分歧 ,
使人 们对它将 提高 聚合物纳米 复合材 料 的导热率 寄予厚 望 。图 2反映 了碳纳米 管在 复合材料 中 的 实际效 果 。室 温 下 在 基 于 激 光 加 热 埃 法 的 仪 器 上, 测定 了上一 节介 绍 的 静置 薄膜 的相 同试 样 的
中 , 电 性 、 热 性 和 机 械 性 能 特 别 受 人 关 注 。本 导 导 文 试 图简 单 介 绍 一 下 当 前 的 相 关 知 识 和 在 这 些 领 域所 取得 的进 展 。
利 用这 种导 电性 、 光学 透 明性俱佳 的复合材 料 , 可
以服务 于多 种用 途 : 明导 电涂 料 , 电 喷涂 , 透 静 可
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