一、概述
碳納米管是一種新型的自組裝納米材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和眾多奇特物理力學(xué)性能，自九十年代初一經(jīng)發(fā)現(xiàn)即受到物理、化學(xué)、材料學(xué)界以及許多高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門(mén)的極大重視。特別是單根碳納米管的超強(qiáng)力學(xué)性能為研制超強(qiáng)復(fù)合材料創(chuàng)造了條件，但要制備出超強(qiáng)復(fù)合材料還需解決碳納米管的批量生產(chǎn)和碳納米管與基本材料高強(qiáng)度結(jié)合等一系列關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)問(wèn)題。
微米級(jí)尺寸的碳纖維復(fù)合材料具有強(qiáng)度高質(zhì)量輕的特性，早已形成了產(chǎn)業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。微米尺寸碳化硅復(fù)合材料也已得到廣泛應(yīng)用。碳纖維及碳化硅晶須研究過(guò)程中理論上早已預(yù)知要進(jìn)一步在強(qiáng)度上突破，必須進(jìn)一步減少尺寸提高縱橫比。這是由于小的晶須的缺陷遠(yuǎn)比宏觀單晶小，從而能有較高強(qiáng)度。碳納米管由于其管徑為納米級(jí)，比微米級(jí)碳纖維小三個(gè)數(shù)量級(jí)，長(zhǎng)徑比>103，且六邊形結(jié)構(gòu)完美、質(zhì)量輕。在理論上已得出其楊氏模量可達(dá)5Tpa(1Tpa=1012Pa)，而試驗(yàn)測(cè)量單根多層碳納米管楊氏模量平均為1.8Tpa；碳納米管的抗拉強(qiáng)度為200Gpa，是鋼的100倍、碳纖維的近20倍，且其重量?jī)H為碳纖維的一半。此外實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)其彎曲強(qiáng)度達(dá)14.2Gpa，碳納米管所存應(yīng)變能達(dá)100Kev，在碳納米管破壞時(shí)應(yīng)變高達(dá)20%。顯示出優(yōu)良的韌性。因此碳納米管被認(rèn)為"應(yīng)是曾經(jīng)制造出的強(qiáng)的纖維，在強(qiáng)度／重量比方面是具有強(qiáng)度的纖維"， 其性能優(yōu)于當(dāng)前任何纖維。作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相以及潤(rùn)滑、減摩、耐磨材料的添加劑，碳納米管將有著巨大的應(yīng)用前景。
碳納米管相關(guān)應(yīng)用開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，都需要大批量、低成本的碳納米管。如果能在工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)方面實(shí)現(xiàn)突破，將會(huì)加速其應(yīng)用進(jìn)程，使它形成新的產(chǎn)業(yè)鏈。本項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)外率先實(shí)現(xiàn)日產(chǎn)公斤級(jí)別碳納米管的規(guī)模化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，繼而開(kāi)發(fā)出一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相關(guān)高科技產(chǎn)品--超強(qiáng)耐磨復(fù)合材料（碳納米管表面復(fù)合鍍層材料，碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，碳納米管增強(qiáng)高分子耐磨復(fù)合材料等），已開(kāi)始把具有優(yōu)異性能的碳納米管及相關(guān)材料推向產(chǎn)業(yè)化。
二、研究現(xiàn)狀與發(fā)展水平
①目前以實(shí)驗(yàn)室設(shè)備日產(chǎn)1000克／臺(tái)的生產(chǎn)工藝已經(jīng)成熟。碳納米管的制造成本已可控制在15元／克左右，若能繼續(xù)開(kāi)發(fā)連續(xù)生產(chǎn)設(shè)備，其價(jià)格還會(huì)降低，估計(jì)可降至2～5元／克甚至更低。
②碳納米管高耐磨復(fù)合鍍層已有所突破，研究表明其耐磨性比未有鍍層的軸承鋼高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，比SiC鍍層耐磨性高20倍，且碳納米管復(fù)合鍍層的摩擦系數(shù)為0.06～0.1，具有自潤(rùn)滑性，耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)異性能。
③已研制出Cu／碳納米管、Al／碳納米管、 Ni／碳納米管、Fe／碳納米管以及碳納米管超強(qiáng)耐磨復(fù)合鍍層等。其中碳納米管超強(qiáng)耐磨復(fù)合鍍層及碳納米管Cu基復(fù)合材料研究已取得重大突破，正在進(jìn)行中試開(kāi)發(fā)。近，正在開(kāi)展高分子如PMMA／碳納米管復(fù)合耐磨材料方面的研究，也取得一定進(jìn)展。
三、成果應(yīng)用領(lǐng)域與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)需求分析預(yù)測(cè)
目前碳納米管雖已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)，但其價(jià)格仍相當(dāng)昂貴。若能進(jìn)一步降低價(jià)格，其市場(chǎng)容量將是相當(dāng)可觀的。碳納米管的應(yīng)用市場(chǎng)首先是在航空、航天領(lǐng)域作為復(fù)合材料的增強(qiáng)相替代高性能碳纖維。1999年世界各國(guó)對(duì)碳纖維的需求在4萬(wàn)噸以上。其中宇航級(jí)碳纖維用量大于一般工業(yè)用碳纖維。宇航級(jí)碳纖維由于對(duì)其比強(qiáng)度、比模量、斷裂應(yīng)變和壓縮許用值等性能要求很高，大部可用碳納米管代替。若其中僅10%的碳纖維可以用碳納米管取代，則國(guó)際上碳納米管的市場(chǎng)總需求200噸。其次，是作為高耐磨減摩材料應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)?，F(xiàn)有的耐磨復(fù)合鍍層其中的固體顆粒如碳化硅顆粒，其粒度均為微米級(jí)，其耐磨性、自潤(rùn)滑性、耐腐蝕和耐高溫性并不理想。碳納米管復(fù)合鍍層為現(xiàn)有復(fù)合鍍層的重大發(fā)展，它具有優(yōu)異性能，在航天、航空機(jī)械、化工、汽車(chē)、冶金工業(yè)部門(mén)均有廣泛應(yīng)用前景。除此之外，碳納米管還可能作為高分子材料的改性劑廣泛應(yīng)用于高分子材料領(lǐng)域。據(jù)有關(guān)資料報(bào)導(dǎo)。二十世紀(jì)九十年代，世界的高分子材料年產(chǎn)量超過(guò)億噸，其中塑料8000～9000萬(wàn)噸，合成橡膠700～800萬(wàn)噸，合成纖維1000萬(wàn)噸。目前正以每年10%的速度遞增。作為結(jié)構(gòu)材料或原料廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、交通運(yùn)輸和紡織行業(yè)。利用碳納米的超強(qiáng)力學(xué)性能對(duì)傳統(tǒng)高分子材料改性處理，制備出綜合性能更好的新材料，對(duì)發(fā)展高分子材料有著不可忽視的開(kāi)拓作用，應(yīng)用前景十分看好。
四、技術(shù)路線與工藝流程
項(xiàng)目的技術(shù)路線與工藝流程如下：

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五、投資規(guī)模與經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：
前期中試投資100萬(wàn)元，其中固定資產(chǎn)包括CVD法碳納米管制備生長(zhǎng)設(shè)備一套，下游應(yīng)用產(chǎn)品制造設(shè)備如粉末冶金燒結(jié)壓機(jī)、電鍍、化學(xué)鍍?cè)O(shè)備等共計(jì)30萬(wàn)元；技術(shù)開(kāi)發(fā)費(fèi)30萬(wàn)元，流動(dòng)資金40萬(wàn)元。三年后可實(shí)現(xiàn)年年產(chǎn)值500萬(wàn)元，利潤(rùn)約200萬(wàn)元，可收回前期投資。
六、合作方式：
合作產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)。