内容概要碳纳米管(Carbonnanotube，CNTs)是一种典型的一维纳米材料，是材料科学领域多年的研究热点之一。碳纳米管是晶形碳的一种同位素异形体，从结构上为蜂巢状的一维纳米空心管，其中C-C原子以sp2杂化构成共价键。根据碳纳米管的管壁数，可分为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)，而根据碳纳米管的结构特征又可分为扶手椅形、锯齿形和螺旋型三种，其中螺旋型碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

　　碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管由于具有特殊的一维和二维柔性结构、具有良好的导电和导热特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜能。与“导电导热”“力学性能”“润滑防腐”对应的，碳纳米管被作为导电剂、增强材料、导热剂在产业界具有广阔的运用场景，形成了较为广阔的市场。

　　碳纳米管材料应用范围

　　1 光伏

　　光伏电池由于能将清洁的太阳能直接转换成电能而成为国内外研究热点，发展具有高能量转换效率、高稳定性的光伏电池是未来能源技术的重要研究方向。

　　目前光伏电池已经发展到第三代，使用的材料包括钙钛矿、有机聚合物、染料分子和量子点等，取代了第二代薄膜光伏电池使用In、CdTe等物质。这使得光伏电池具有更好的清洁性，也变得更薄更轻便，然而普遍的问题在于其能量转换效率低，稳定性不高，缺乏高效的结构设计。

　　碳纳米管很好地满足了光伏电池所需的材料特性，是提高光伏电池稳定性和转换效率的理想候补材料。首先，CNTs具备可调节带隙(0.5~2.57eV)，其范围覆盖了大部分太阳光谱(400~2000nm)，符合光伏电池对光敏材料的带隙要求;其次CNTs可分散到液相溶剂和纤维状团簇的特点使其易于集成到各种类型的光伏电池中;CNTs还具有良好的化学稳定性和力学特性，能提高光伏电池在实际应用中的使用寿命。

　　2 航空航天材料

　　碳纳米管在增强材料、电极材料、滤膜以及催化剂载体等方面具有较高的实用性。碳纳米管纤维在天线、数据电缆导体、多功能织物、高频数据/模拟和射频等领域具有广泛的应用前景。另外，采用碳纳米管纤维增强的聚合物材料(CNRP)在辐射防护、静电防护、碎片防护以及涂层热防护等方面具有显著的作用。

　　3 微纳电子器件

　　近年来，碳纳米管电子学的研究在材料、器件和电路等方面取得了巨大发展。

　　碳纳米管以其极高的热导率、独特的一维输运结构，为微纳电子器件提供了一个重要途径。碳纳米管有较大的比表面积，且其表面有许多悬挂键对气体有良好的吸附能力，已成为传感器件的关键部分。

　　基于其纳米尺寸效应和表面电子等多种原因，CNT修饰在传统的玻碳、石墨、金等电极表面将有效改善原基底电极的性能，并且该工艺简单易操作。碳纳米管修饰电极，对传感器响应电流、响应时间和检测线性范围有明显的影响。

　　碳纳米管产业发展趋势

　　从全球碳纳米管市场需求量情况来看，碳纳米管市场需求持续提升。据GGII数据，2019年全球碳纳米管粉体和碳纳米管浆料需求量分别为0.1万吨和3万吨，2020年全球碳纳米管粉体和浆料需求量分别为0.2万吨和4万吨，2021年全球碳纳米管粉体和浆料需求量分别为0.4万吨和9万吨。预计到2025年，全球市场碳纳米管粉体需求量将达到2.4万吨，碳纳米管浆料需求量将达到59万吨。

　　从市场规模来看，2021年全球碳纳米管粉体市场规模为9亿元，碳纳米管浆料市场规模为35亿元。预计到2025年全球碳纳米管粉体和碳纳米管浆料市场规模将分别达到60亿元和224亿元。

　　2023年8月28日，工业和信息化部及国务院国资委联合发布关于《前沿材料产业化重点发展指导目录(第一批)》的通知，共15种材料入选，碳纳米管、石墨烯、先进3D打印材料等入围第一批重点发展目录。乘着政策的东风，未来碳纳米管产业发展将进入黄金期。

　　资料来源：艾邦高分子

　　图片来源：艾邦高分子