कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत चालकता और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कितनी अधिक है?

चिप इंटरकनेक्ट और उच्च अंत प्रवाहकीय सामग्रियों के अनुसंधान और विकास में, कार्बन नैनोट्यूब को लंबे समय से एक स्थान पर रखा गया है। लेकिन कई इंजीनियर, साहित्य में अतिरंजित डेटा को देखकर, हमेशा आश्चर्य करते हैं: कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत चालकता और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कितनी अधिक है? उनकी तुलना तांबे और सिलिकॉन से कैसे की जाती है? कुछ लोग कहते हैं कि उनकी चालकता चांदी और तांबे को पार कर सकती है, और चिप्स में वे सिलिकॉन से बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं। लेकिन जब वे पाउडर खरीदते हैं और उसका परीक्षण करते हैं, तो प्रतिरोध अविश्वसनीय रूप से अधिक होता है। सीएनटी के वास्तविक विद्युत प्रदर्शन को समझने के लिए, आप सीधे तौर पर मैक्रोस्कोपिक बल्क सामग्रियों की सूक्ष्म व्यक्तिगत ट्यूबों से तुलना नहीं कर सकते हैं। इसके पीछे क्वांटम कारावास और स्थूल फैलाव के बीच का क्रूर खेल है। आज हम भ्रम के इस पर्दे को पूरी तरह से तोड़ने के लिए हार्डकोर डेटा का उपयोग करेंगे।

1. चालकता सीमा: एकल कार्बन नैनोट्यूब कितना प्रवाहकीय है?

एक एकल पूर्ण {{0}जाली कार्बन नैनोट्यूब की आंतरिक चालकता 10⁶ S/m के क्रम तक पहुंच सकती है, और बैलिस्टिक परिवहन तंत्र के कारण, इसकी धारा वहन घनत्व 10⁹ A/cm² तक पहुंच सकता है, जो तांबे से 1,000 गुना से अधिक है।

कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत चालकता कितनी अधिक है, इसकी खोज करते समय आधार स्पष्ट होना चाहिए: एक ट्यूब को देखें। कार्बन नैनोट्यूब इतने मजबूत क्यों हैं? मूल बैलिस्टिक परिवहन में निहित है। कई माइक्रोमीटर की ट्यूब लंबाई के भीतर, इलेक्ट्रॉन बिना किसी बिखराव के वैक्यूम में गोलियों की तरह यात्रा करते हैं, जिससे ओमिक प्रतिरोध का स्रोत नष्ट हो जाता है। यद्यपि एक ट्यूब की सैद्धांतिक चालकता (~10⁶ एस/एम) अभी भी थोक तांबे (5.96×10⁷ एस/एम) की तुलना में थोड़ी कम है, तांबे का वर्तमान घनत्व गंभीर सतह बिखरने और इलेक्ट्रोमाइग्रेशन प्रभावों के कारण नैनोस्केल पर तेजी से गिरता है। हालाँकि, सीएनटी बेहद महीन लाइनविड्थ पर भी 10⁹ ए/सेमी² की चरम धारा वहन क्षमता बनाए रख सकते हैं।

2. इलेक्ट्रॉन गतिशीलता: यह सिलिकॉन से क्यों आगे निकल सकता है?

कार्बन नैनोट्यूब की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कमरे के तापमान पर 100,000 सेमी²/Vs से अधिक हो सकती है, जो एकल क्रिस्टल सिलिकॉन की तुलना में 100 गुना अधिक है। कोर एक आयामी क्वांटम कारावास प्रभाव में निहित है, जो फोनन प्रकीर्णन को बेहद कमजोर बनाता है।

कार्बन नैनोट्यूब की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कितनी अधिक है? सिलिकॉन के प्रभुत्व को चुनौती देने वाले कार्बन आधारित चिप्स के पीछे यही आत्मविश्वास है। सिलिकॉन एक तीन आयामी क्रिस्टल है। जब इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से यात्रा करते हैं, तो वे लगातार जाली कंपन (फोनन स्कैटरिंग) और अशुद्धियों से टकराते हैं, जिससे कमरे के तापमान पर गतिशीलता लगभग 1400 सेमी²/Vs पर टिक जाती है। हालाँकि, सीएनटी एक -आयामी ट्यूब हैं; इलेक्ट्रॉन केवल अक्षीय रूप से गति कर सकते हैं, और स्वतंत्रता की अनुप्रस्थ डिग्री लॉक होती हैं। यह क्वांटम कारावास फोनन प्रकीर्णन से इलेक्ट्रॉनों के टकराने की संभावना को बेहद कम कर देता है। सही sp² जाली के साथ संयुक्त, कमरे के तापमान में गतिशीलता आसानी से 10⁵ सेमी²/Vs से अधिक हो जाती है, और कम तापमान पर 10⁶ सेमी²/Vs के क्रम तक भी पहुंच सकती है।

3. तांबे के साथ चालकता की तुलना: क्या मैक्रोस्कोपिक अनुप्रयोगों में तांबे को बदलना एक वास्तविक प्रस्ताव है या गलत प्रस्ताव है?

मैक्रोस्कोपिक केबल और इलेक्ट्रोड शीट कोटिंग के स्तर पर, कार्बन नैनोट्यूब अंतर-ट्यूब संपर्क प्रतिरोध और कम पैकिंग घनत्व द्वारा सीमित होते हैं, जिससे उनकी मैक्रोस्कोपिक चालकता तांबे से कहीं कम होती है। हालाँकि, उनका अत्यधिक हल्का वजन उन्हें अद्वितीय विशिष्ट चालकता लाभ देता है।

यद्यपि एक व्यक्तिगत कार्बन नैनोट्यूब की चालकता आश्चर्यजनक है, एक बार मैक्रोस्कोपिक फिल्म बनाने या प्लास्टिक में जोड़ने के बाद, डेटा निराशाजनक हो जाता है। कार्बन नैनोट्यूब की तुलना तांबे से कैसे की जाती है? मैक्रोस्कोपिक बल्क कॉपर घने धात्विक बंधनों से जुड़ा होता है, जबकि सीएनटी फिल्में अनगिनत ट्यूबों के ओवरलैपिंग से बनती हैं। हर बार जब इलेक्ट्रॉन एक ट्यूब से दूसरे ट्यूब में जाते हैं, तो उन्हें एक विशाल संपर्क प्रतिरोध (टनलिंग बैरियर) को पार करना होगा। इस तथ्य के साथ कि सीएनटी घनत्व केवल 1.3 ग्राम/सेमी³ है, जो तांबे के 8.9 ग्राम/सेमी³ से काफी कम है, शून्य अनुपात बहुत अधिक है। हालाँकि, एयरोस्पेस जैसे क्षेत्रों में, जो वजन के प्रति बेहद संवेदनशील हैं, "प्रति इकाई द्रव्यमान चालकता" (विशिष्ट चालकता) को देखते हुए, सीएनटी तांबे से कहीं बेहतर प्रदर्शन करते हैं।

डेटा संदर्भ: शेडोंग टैनफेंग न्यू मटेरियल एप्लीकेशन आर एंड डी सेंटर मैक्रोस्कोपिक सीएनटी फाइबर का इलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रदर्शन परीक्षण।

4. सिलिकॉन के साथ कंप्यूटिंग पावर की तुलना: कार्बन आधारित चिप्स कब सिलिकॉन युग को बाधित करेंगे?

अत्यधिक उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और बेहद कम बिजली की खपत के साथ, कार्बन नैनोट्यूब सैद्धांतिक रूप से सिलिकॉन मूर के कानून युग को समाप्त करने की क्षमता रखते हैं। हालाँकि, चिरैलिटी नियंत्रण और सटीक संरेखण में प्रक्रिया का अंतर उन्हें प्रयोगशाला चरण में फंसाए रखता है।

कार्बन नैनोट्यूब की तुलना सिलिकॉन से कैसे की जाती है? यदि आप केवल प्रदर्शन स्कोर (गतिशीलता) को देखें, तो सीएनटी सिलिकॉन को धूल में छोड़ देते हैं। लेकिन सेमीकंडक्टर उद्योग में, ट्रांजिस्टर बनाने के लिए न केवल उच्च गति की आवश्यकता होती है, बल्कि एक बड़े "ऑन/ऑफ अनुपात" की भी आवश्यकता होती है (अर्थात, ऑफ-स्टेट करंट बेहद छोटा होना चाहिए)। सिलिकॉन में एक निश्चित बैंडगैप होता है, जबकि सीएनटी का बैंडगैप चिरैलिटी (उन्हें कैसे रोल किया जाता है) पर निर्भर करता है। यदि संश्लेषण के आधे परिणाम धात्विक (न तो प्रवाहकीय और न ही इन्सुलेटिंग) हैं और आधे अर्धचालक हैं, तो चिप बर्बाद हो जाती है। वर्तमान में, दुनिया में कोई भी निर्माता 100% विशुद्ध रूप से अर्धचालक सीएनटी के वेफर स्तर के सटीक संरेखण को प्राप्त नहीं कर सकता है। यही मूल कारण है कि कार्बन आधारित चिप्स की अत्यधिक प्रशंसा की जाती है लेकिन व्यावसायिक रूप से सफल नहीं है।

5. निर्माता की सफलता: शेडोंग टैनफेंग सीएनटी की अंतिम विद्युत क्षमता कैसे प्रदान करता है?

शेडोंग टैनफ़ेंग जैसे स्रोत निर्माता को चुनना, जो उच्च {{0}शुद्धता संश्लेषण और पूर्व {{1}फैलाव) की मुख्य प्रौद्योगिकियों में महारत हासिल करता है, सूक्ष्म से स्थूल तक विद्युत प्रदर्शन हानि अंतर को पाटने और बैटरी और मिश्रित सामग्री में उच्च चालकता का एहसास करने के लिए इष्टतम समाधान है।

व्यक्तिगत सीएनटी की चालकता आश्चर्यजनक है, लेकिन एक बार जब वे आपके हाथों में पहुंच जाते हैं, तो वे संचालन नहीं करते हैं। मूल कारण "इंटर-ट्यूब संपर्क प्रतिरोध" और "हार्ड एग्लोमरेशन" में निहित है। एक पेशेवर सीएनटी निर्माता के रूप में, शेडोंग टैनफेंग न्यू मटेरियल टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड, मौलिक प्रक्रिया प्रौद्योगिकी के माध्यम से, आपको विद्युत प्रदर्शन को अधिकतम करने में मदद करती है:

अल्ट्रा-उच्च शुद्धता अशुद्धता हटाना:अवशिष्ट धातु उत्प्रेरक रिसाव और इलेक्ट्रॉन बिखराव का कारण बनते हैं। शेडोंग टैनफेंग 20 पीपीएम से नीचे धातु के अवशेषों को नियंत्रित करने के लिए विशेष शुद्धिकरण प्रक्रियाओं का उपयोग करता है, जिससे सभी गैर-अंदर विद्युतीय बाधाएं दूर हो जाती हैं।

इन-सीटू डे-उलझाव प्रतिरोध में कमी:कठोर संकुलन के कारण अंतर-{0}}ट्यूब संपर्क क्षेत्र शून्य के करीब पहुंच जाता है, जिससे संपर्क प्रतिरोध आसमान छू जाता है। शेडोंग टैनफेंग पाउडर को फूला हुआ और आसानी से गीला करने योग्य बनाने के लिए मालिकाना इन-सीटू डी-एंटेंगलमेंट तकनीक का उपयोग करता है, जो बेहद कम कतरनी के तहत नैनोस्केल को फैलाने में सक्षम बनाता है। मापे गए परिणाम इलेक्ट्रोड शीट के मैक्रोस्कोपिक संपर्क प्रतिरोध में महत्वपूर्ण कमी दिखाते हैं, जिसमें डीसीआर में कमी 40% से अधिक है।

अनुकूलित उच्च-चालकता पेस्ट:अंतर-{0}ट्यूब अवरोध को पूरी तरह से तोड़ने के लिए, शेडोंग टैनफ़ेंग एनएमपी/पानी-आधारित पूर्व-{2}फैला हुआ पेस्ट प्रदान करता है। सतह संशोधन और उच्च दबाव डे {{5} एग्लोमरेशन के माध्यम से, वास्तव में एकल {{6} बिखरे हुए सीएनटी मैट्रिक्स में "लाइन- से {{8} लाइन" निर्बाध ओवरलैप प्राप्त करते हैं, सुंदरता डी90 के साथ<5 μm, truly translating the microscopic advantage of ballistic transport into macroscopic high conductivity at extremely low addition amounts in electrode sheets and conductive plastics.

निष्कर्ष

प्रारंभिक बिंदु पर लौटते हुए, कार्बन नैनोट्यूब की विद्युत चालकता और इलेक्ट्रॉन गतिशीलता कितनी अधिक है? एक ट्यूब का आंतरिक डेटा तांबे और सिलिकॉन की तुलना में पीला बनाने के लिए पर्याप्त है। यह क्वांटम भौतिकी द्वारा दी गई एक आयामी कमी की हड़ताल है। लेकिन स्थूल अनुप्रयोगों में, आयतन चालकता के मामले में तांबे की तुलना में, यह अभी भी नुकसान में है; चिप निर्माण के मामले में सिलिकॉन की तुलना में, अभी भी एक प्रक्रिया अंतर है। सूक्ष्म शक्ति और स्थूल हानि के बीच अंतर को पहचानना इंजीनियरों के लिए एक आवश्यक सबक है। इस अंतर को भरने के लिए, शेडोंग टैनफ़ेंग जैसे स्रोत निर्माता की उच्च शुद्धता, डे {5} उलझाव और पूर्व फैलाव प्रौद्योगिकियों पर भरोसा करना वास्तव में अंतिम विद्युत डेटा प्रदान करने का एकमात्र तरीका हैकार्बन नैनोट्यूबआपकी उत्पादन लाइन पर.