碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料。碳纳米管主要由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成。根据管壁层数不同，可分为单层碳纳米管和多层碳纳米管。

单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNT）由一层石墨烯片组成，单壁管典型的直径和长度分别为0.75-3nm和1-50um。多壁碳纳米管（MWCNT）含有多层石墨烯片，形状像个同轴电缆，其层数从2-50不等，层间距为0.34nm左右，与石墨层间距相当。多壁管的典型直径和长度分别为2-30nm和0.1-50um。

单壁碳纳米管的特点

1、结构独特
SWCNT是由一个单层碳原子以一定的结构方式卷曲而成的管状结构。其直径一般在几纳米到数十纳米之间，长度则可以达到数微米甚至更长。
2、高比表面积
由于其纳米尺寸和管状结构，SWCNT具有相对较大的比表面积。这使得SWCNT在吸附、催化和能量储存等领域具有潜在的应用前景。
3、**的力学性能
SWCNT的分子结构使其具有出色的力学性能，具有极高的强度和刚度。它们的强度远远超过钢铁，同时也具有很好的柔韧性和弹性。
4、优异的导电特性
SWCNT具有优异的电子传输性能，可以表现出类金属或半导体的特性，具有非常高的电导率。这使得它们在纳米电子器件、传感器和电子导线等领域具有应用潜力。
5、优异的热导性能
由于SWCNT的结构和碳原子之间的紧密连接，它们表现出优异的热导性能。这使得SWCNT在热管理、热传导和纳米热学等领域具有重要的应用价值。
6、丰富的光学特性
SWCNT表现出丰富的光学特性，包括可见光和红外光的吸收、发射和散射等。这使得它们在光电子学、光催化和生物成像等领域具有广泛的应用潜力。

SWCNT导电浆料在锂离子电池中的应用

现有主流导电剂有三类，包括导电炭黑、碳纳米管和石墨烯。其中普通导电剂包括导电炭黑（SP、乙炔黑）、石墨、多壁碳管；**导电剂包括：科琴黑、石墨烯、单壁碳纳米管。

导电剂在正负极材料的作用如下：
正极——锂电池的正极材料主要包括磷酸铁锂、三元材料、钴酸锂等，为锂电池提供锂源，而这些正极材料的导电性能较差，难以满足锂电池的性能要求。因此，在正极极片制作时会加入一定量的导电剂，使得导电物质填充满正极材料活性物质之间的空隙，用于增加电子和锂离子的导电性，通过在活性物质表面形成导电网络加快电子传输速率，同时可吸收和保持电解液，为锂离子提供更多电解质界面，从而提高电池充电效率和延长电池使用寿命。
负极——硅基负极理论比容量高但应用面临较大挑战：1）硅材料体积膨胀率达 300%（碳材料为16%），材料易粉化；2）负极活性物质易脱落；3）SEI膜处于破损修复动态阶段，厚度持续增加，界面阻抗提高，活性物质消耗。
碳纳米管（特别是单壁碳纳米管）是硅基负极的理想导电剂之一：1）导电性能优异：相较石墨烯，其一维结构更容易搭建有效导电网络，弥补硅基负极导电性差的问题；2）弹性高、机械性能强：特别是单壁碳管弹性更优（是多壁碳管的3-10 倍），能够在硅材料体积碰撞时紧密连接各颗粒，提高结构稳定性、减少活性物质脱落；3）比表面积大、中空结构优，能够缓解硅基负极在充放电过程中的体积变化的应力，减少材料坍塌、提高循环寿命；4）改善倍率特性、高低温性能等。

单壁碳纳米管能提高搭载硅基负极电池循环寿命

SWCNT在导电浆料应用上遇到的难题

碳纳米管之间存在着一定强度的范德华力，容易聚集在一起，这样影响了单壁碳纳米管的单体特性，制约了其很多方面的应用。

首先是分散稳定性差，SWCNT在溶液中往往会出现聚集现象，导致电导率降低。要有效应用于导电浆料，需要解决SWCNT的分散稳定性问题，确保其在溶液中均匀分散。其次是高电阻率问题，由于SWCNT之间的管-管相互作用和束缚效应，导致导电性能受到限制，电阻率较高。因此，需要通过改善SWCNT的分散性和纳米管之间的连接，来提高SWCNT导电能力。

方案摘要

实验对象

单壁碳纳米管

实验仪器

ATS高压分散均质机

高速剪切机

冷水机

滴管

烧杯

实验背景

单壁碳纳米管（SWCNT或SWNT），全部由碳原子构成，几何结构可以视为由单层石墨烯卷曲而成，结构决定性质，因此单壁碳纳米管具有优异的电子、机械、力学等性能。  

实验难点

由于单壁碳纳米管之间很强的范德华作用力(～500eV/µm)和大的长径比(>1000)，通常容易形成大的管束，难以分散，极大地制约了其优异性能的发挥和实际应用。

ATS如何实现单壁碳纳米管的分散效果呢？

实验目的

滴入到水中分散时，有流动性，无颗粒感

实验工艺

1、ATS高压分散均质机 控低温5度，射流+均质1100bar，5、6、8、10、11取样

2、**均质模块，常规阀座，控低温，800bar 1次，1100bar，5、6、8、10、12、14、16、18取样

实验结果

1、碳管液一开始有一定的黏性，粘烧杯壁，几次分散后，呈水样流动，基本不粘壁。

（分散前明显粘壁）

（几次分散后几乎不黏壁）

2、取少量加入水中检测分散效果，发现碳管液细丝状分散，无颗粒感，实验结果表现优良。

实验小结

1、本次试用两种分散模块，**均质与射流加均质。

2、射流的分散效果要明显好一些，基本5次处理就就达到较好的分散效果，而单纯的**要处理10多次才能达到较好效果。

应用领域

单壁碳纳米管性质的多样性使其在包括高迁移率晶体管、逻辑电路、导电薄膜、场发射源、红外发射器、传感器、扫描探针针尖、机械强度增强、太阳能电池和催化剂载体等多个领域有潜在应用。