碳纳米管属于胶体分散系吗

碳纳米管不属于胶体分散系。

原因：

胶体分散系有三大特征：

①有丁达尔效应，即当一束光通过胶体时，从入射光的垂直方向上可看到有一条光带，这个现象叫丁达尔现象。利用此性质可鉴别胶体与溶液、浊液。

②有电泳现象，即由于胶体微粒表面积大，能吸附带电荷的离子，使胶粒带电。当在电场作用下，胶体微粒可向某一极定向移动。

③可发生凝聚，即加入电解质或加入带相反电荷的溶胶或加热均可使胶体发生凝聚。如用豆浆制豆腐，从脂肪水解的产物中得到肥皂等。

碳纳米管悬浮液不具备以上胶体分散系的特征，所以碳纳米管悬浮液不是胶体分散系。

我们有一句话，叫做天下乌鸦一般黑。大家总以为世界上的黑色都是一样的，其实在科学家眼里，不同的黑色之间都是不同的。

在我们眼里的黑色，在科学家眼中，其实还远远不够黑。

黑的概念究竟是怎样的呢？其实很简单，那就是没有任何可见光能够进入人类视觉范围。

说起来，绝对的黑，恐怕只有在黑洞了。当然，我们是不可能亲眼看到黑洞的，想要看绝对黑的东西，只能“自食其力”了。

为了研发世界上最黑的东西，科学家们可谓是煞费苦心。

2012年的时候，英国的一家名叫Surrey NanoSystem的公司，研发出来了当时世界上最黑的物质——纳米碳管黑体，又叫碳纳米管黑体，英文全称叫做Vertically Aligned Nano Tube Arrays（垂直排列碳纳米管阵列），简称Vantablack。

那么，这个Vantablack到底有多黑呢？该公司表示，在常温状态下，Vantablack可以吸收99.965%的可见光。

我们中学的时候都学过黑体的概念，教材上举的例子，就是一个开了一个极小空洞的大盒子，通过孔洞射入光线，光在盒子内部不断反射，几乎不会从这个孔洞再射出来，这就是假设的一种黑体。Vantablack其实差不多也是类似的原理，当可见光射到Vantablack时，99.965%的可见光波段的电磁波都会在管壁之内发生不断的偏折，最后转化为热能。

那么，这个程度究竟有多黑呢？我们来举几个生活中常见的例子，大家就清楚了。

以学校的黑板为例（黑色的黑板，不是墨绿色的黑板），尽管看起来很黑，但是它表面仍然可以让我们看到一些纹理。事实上，它可以反射7%的可见光。

而用来铺马路的沥青，也可以反射4%的可见光。因此，我们才可以看到沥青的凹凸不平。

由此可见，99.965%的吸收率是有多么高。当我们真正看到这个物体的时候，甚至可能会惊呼出来：这是PS的吧！它们实在太黑而，以至于即使表面凹凸不平，有各种纹理，但也无法用肉眼看出来。

那么，Vantablack为何这么黑呢？

其实，看名字我们就知道了，碳纳米管黑体的微观结构，是一种管道阵列。据描述，这种微观的管式结构每一根管都只有头发的万分之一直径，可见是多么“精致”，以至于绝大部分粒子都无法进入。当光子射到Vantablack上时，会在官道之间的空间内发射不断偏折，而不是简单的反射，能量被材料吸收，最终转化为热量。

话说回来，科学家研究这么黑的东西，难道只是为了好玩吗？

显然不是。

以天文望远镜为例，科学家在利用它们观测宇宙时，很多杂光会进入望远镜，导致干扰。而如果在望远镜内壁涂上Vantablack，将这些杂光吸收，观测效果将会大幅提升。

在研发了Vantablack之后，这些科学家又继续努力，研发出了二代Vantablack。第二代的Vantablack比第一代还要黑，黑到他们已经无法测试其黑度究竟有多少了。

甚至还有人设想，如果这个材料用作服装上，会怎么样。网友表示：如果穿上这个材料的衣服，恐怕别人还以为是黑色的纸片在走路吧……

背景及成果简介

超强材料可应用于防弹衣、飞机机身、吊桥、飞轮储能等许多领域。碳纳米管（CNT）作为最坚固的材料之一， 可用于制造超强纤维。然而，碳纳米管的拉伸强度因缺陷而受到很大影响，迄今为止制备的碳纳米管纤维的强度远低于单个碳纳米管的强度，表现出“尺寸效应”。固体力学的传统研究通常基于材料包含缺陷的假设。无缺陷的超长碳纳米管有望帮助我们避免纳米材料的“尺寸效应”并生产超强碳纳米管纤维。它们还将为研究具有非定域“量子应力奇异性”的理想固体的力学行为提供一个系统。

本文，清华大学Yunxiang Bai（第一作者）/张如范 副教授（通讯作者）与魏飞教授（通讯作者）等研究人员在《Acc. Mater. Res》期刊 发表名为“Mechanical Behavior of Single and Bundled Defect-Free Carbon Nanotubes”的综述。 讨论了对无缺陷单个CNT 和CNT束的机械行为的研究。

（1）、介绍了超长碳纳米管的无缺陷结构，这是一种理想的固体。

（2）、回顾了对单厘米长无缺陷碳纳米管的静态拉伸性能和动态疲劳抗力及其温度依赖性的研究。结果表明，无缺陷的碳纳米管具有优异的综合机械性能，包括超强度、韧性和耐久性。与传统材料不同，碳纳米管的疲劳寿命和断裂以第一个单键尺寸缺陷（量子应力奇点）为主，表现出“超脆性”。

（3）、通过使用气流聚焦原位合成方法以及同步收紧和松弛强化策略，成功地制造了拉伸强度接近单个碳纳米管的碳纳米管束，并表明可以避免“尺寸效应”。

（4）、还讨论了在飞轮储能中使用碳纳米管的优势和前景。

（5）、 进一步为固体力学提供新的视角和见解

图文导读

这些超长碳纳米管为研究提供了克服“尺寸效应”的可能性。此外，它们为作者提供了一个研究理想固体力学行为的系统，这可能有助于将固体力学的某些分支提高到一个新的水平。

图1. 超长无缺陷结构的碳纳米管。

作者认为超脆性不仅取决于外部温度，还与碳纳米管本身的特殊结构有很大关系。需要注意的是，脆性实际上与延展性相反，而不是韧性，因此它与韧性没有冲突。这种超脆性很重要。

图3. 单个CNT的抗疲劳性

如上所述，所有报道的 CNT 纤维/系绳的拉伸强度都远小于单个 CNT 的拉伸强度，显示出“尺寸效应”。这里的两个关键原因是原子结构缺陷和不连续的 CNT 长度。已经讨论过缺陷会严重削弱 CNT 的拉伸强度。此外，不连续的碳纳米管长度降低了由微弱的管间相互作用贡献的纤维强度，而不是碳纳米管固有的强共价键。此外，杂质和排列不良等其他因素也会削弱 CNT纤维。制造无缺陷、整齐、排列良好、连续结构的CNTB，研究束强度与尺寸的关系，有望帮助获得拉伸强度接近单个CNT的CNTB，并回答“尺寸效应”是否可以避免在理想固体中。

图4. 生长的超长 CNTB 的结构及其机械性能。

图5. STR 处理后CNTB的STR策略和机械性能

图6. 基于CNT的FES。

小结与展望

回顾了在单个和成束无缺陷CNT的力学行为研究方面的最新进展，并证明了无缺陷CNT的机械优势和独特性。还证明了使用无缺陷的碳纳米管来避免“尺寸效应”。最后，作者提供对该领域的挑战和未来方向的看法 。

1、对理想固体性质的研究才刚刚开始。在这里，我们使用一种理想的固体（无缺陷的碳纳米管）和一类特性（机械行为），与传统的含有缺陷的固体相比，我们展示了一些优越和独特的特性。我们相信，随着更理想的固体种类和表征技术来研究它们的各种性质（电学性质、热学性质、磁学性质、光学性质等），我们很可能会发现并获得更优越和新颖的性质，以显着促进材料科学的发展。

3、考虑到碳纳米管的生产，团聚碳纳米管和垂直排列的碳纳米管阵列已达到年产1万吨，而超长无缺陷碳纳米管和碳纳米管由于产量低（受合成限制）仅处于实验室研究阶段。方法）和反应器尺寸限制。因此，克服理想固体如超长碳纳米管的量产瓶颈具有重要意义。

4、30年来，我们见证了最强碳纳米管的梦想在宏观上变成了现实。考虑到无缺陷碳纳米管的其他优异性能（如电性能、热性能等），有充分的理由相信它们将来可以在FES、人造肌肉、飞机、巨型结构等一些应用领域带来革命性的突破。

文献：

https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00120

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