碳納米管因重量輕、強度高、導熱導電性強等，可提高能源效率。人們對其在超低功耗計算機和超輕量材料等領(lǐng)域的應用寄予厚望。

　　2014年2月，日本各地降了創(chuàng)紀錄的大雪，有交通事故和農(nóng)作物受災的報道，但鮮為人知的是，大規(guī)模光伏電站也受到了沉重打擊。

　　因為積雪遮擋陽光，太陽能電池板無法發(fā)電的情況頻發(fā)。甚至有因架臺無法支撐雪的重量，導致出現(xiàn)一連串電池板傾倒或脫落等損害。

　　保護太陽能電池不遭雪災的“布”

　　可樂麗生活材料公司（大阪市）利用碳納米管（CNT）開發(fā)出了可解決這一問題的產(chǎn)品。

　　產(chǎn)品的名稱是“布加熱器”。乍看上去就是一塊普通的布，但把手靠近其表面，會感到一絲絲的溫熱。其實，整塊布都在發(fā)熱。

　　CNT具有導電性。把CNT均勻溶解在液態(tài)塑料中，將聚酯紗線浸泡在其中浸涂。這樣制成的紗線叫作“CNTEC”，將其作緯線，用通常的聚酯纖維作經(jīng)線，織成的布料即為“布加熱器”。在CNTEC的兩端安裝電極并接通電源，其中就會有電流通過，在電阻的作用下會產(chǎn)生熱量。因為每條紗線都在發(fā)熱，所以整塊布會均勻加熱。

　　電熱毯和道路融雪等常用的鎳鉻合金絲是只有S形布線發(fā)熱。想要實現(xiàn)整個面均勻加熱，就要消耗大量的電能。而使用CNTEC的布加熱器能夠?qū)崿F(xiàn)大面積均勻加熱，可使耗電量減少2～3成。

　　如果為太陽能電池板配備這種布加熱器，就可以防范雪災。不過，即使這種方法能夠融雪，但如果耗電量太大就不劃算了。為此，可樂麗生活材料公司制作了試制系統(tǒng)，在山形縣多次進行了驗證試驗。關(guān)于試驗結(jié)果，該公司社長鳥生雅夫介紹說：“與融雪使用的電能相比，清除積雪后增加的發(fā)電量更多，有足夠的經(jīng)濟性。”

　　可樂麗生活材料公司計劃在10月前后開始銷售CNTEC，今后還將繼續(xù)探索新用途，例如用于道路和房頂?shù)墓?jié)能型融雪系統(tǒng)、電熱毯等。

　　CNT是名城大學教授飯島澄男于1991年在全世界首先發(fā)現(xiàn)的。雖然CNT與其他材料相比特性超群，但應用于產(chǎn)業(yè)的技術(shù)難度高，一直沒有突破“夢幻新材料”的領(lǐng)域走向?qū)嵱�。不過，時至今日，隨著實用化相關(guān)技術(shù)的大幅進步，CNT正在逐漸改變我們的生活。

　　CNT的電特性（易通電等）、機械特性（強度等）、熱傳導性都遠遠超過其他材料。使用加入了CNT的復合材料，可以在廣泛的領(lǐng)域開發(fā)出新型節(jié)能且多功能的設(shè)備。

　　CNT有只有一層管的單層CNT和有多層管的多層CNT之分。多層CNT比較容易生產(chǎn)，昭和電工等企業(yè)已經(jīng)開始量產(chǎn)。前面提到的可樂麗生活材料公司使用的也是多層CNT。

　　而單層CNT雖然量產(chǎn)困難，但與多層CNT相比，特性明顯高出一籌。

　　舉例來說，住友精密工業(yè)正準備開發(fā)利用鋁和單層CNT合成的復合材料，計劃將其用于飛機發(fā)動機和電動油壓設(shè)備上安裝的熱交換器（下圖）。CNT的傳熱性好，散熱性是普通鋁的4倍。因此可以制造出輕巧、小型的熱交換器，提高飛機的燃效。

　　住友精密工業(yè)開發(fā)的噴氣式發(fā)動機用熱交換器。通過合成鋁和單層CNT，把散熱性提高到原來的4倍，并且實現(xiàn)了輕量化

　　2013年7月，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）與單層CNT融合新材料研究開發(fā)機構(gòu)、日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（產(chǎn)綜研）開發(fā)出了由單層CNT和銅組成的復合材料。這種材料實現(xiàn)了劃時代的性能，在電導率（易通電性）與銅相當?shù)那疤嵯�，電流密度高達銅的100倍，而且還不會發(fā)生斷裂。只需銅線的百分之一的截面積，就能通過與銅等量的電流，而且，即使溫度升高，電阻也不易增加。如果將其應用于純電動汽車的馬達，可以大幅縮小馬達的體積和重量。

　　目標是每克100日元

　　碳納米管的量產(chǎn)化也有了眉目。2013年12月，納米技術(shù)風險企業(yè)——名城納米碳（名古屋市）利用產(chǎn)綜研開發(fā)的“eDIPS法”生產(chǎn)技術(shù)，建成了能夠以過去100倍的速度連續(xù)生產(chǎn)高品質(zhì)、高純度單層CNT的工廠。該公司是日本唯一一家能夠商業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)單層CNT的企業(yè)。這座工廠生產(chǎn)的單層CNT即將在2014年內(nèi)上市銷售。

　　但是，工廠一天的產(chǎn)量只有區(qū)區(qū)幾克，目前還是每克10萬日元左右的天價。不過，名城納米碳的社長橋本剛說：“在成本中，人工費占到了9成，我們希望通過擴大規(guī)模、提高運營效率，使價格在2、3年內(nèi)降到每克1萬日元。”

　　結(jié)構(gòu)簡單、性能卓越的碳納米管（CNT）

　　對于面積約為50平米的觸摸面板，制作其透明導電膜只需要使用1克的單層CNT。如果價格能夠降低到5萬日元左右，就有望實現(xiàn)普及。

　　名城納米碳還計劃在5～10年后，實現(xiàn)每年10噸的量產(chǎn)規(guī)模，把價格降低到每克100日元。到那個時候，CNT還能開辟出電池添加劑這一新用途，能夠降低電池內(nèi)部的電阻，釋放出更多的電能。

　　電池在充放電時會反復膨脹和收縮，在這個過程中，材料會不斷劣化。而CNT基本不會伸縮，添加到材料中可以大幅延長電池壽命。因為CNT的生產(chǎn)要使用大量氫氣，因此名城納米碳還打算與化學廠商合作。

　　另外，最大限度發(fā)揮單層CNT本身特性的技術(shù)開發(fā)也在進行之中。

　　在單層CNT的用途中，最被看好的是超節(jié)能的高性能計算機。單層CNT的電子活動性是硅的10倍，只需極少的能量就能完成高速運算處理。利用單層CNT可制造出超越硅的極限的集成電路。

　　出處：以單層CNT融合新材料研究開發(fā)機構(gòu)的資料為依據(jù)

　　單層CNT的課題——分離及精制技術(shù)也進展顯著。在制造單層CNT時，金屬型CNT與半導體型CNT的比例為1：2。在這種混合狀態(tài)下，CNT無法發(fā)揮出原本的性能。

　　2013年12月，日本科研人員成功開發(fā)出了高效分離技術(shù)。這項技術(shù)的原理是在圓柱形容器中填充凝膠，在其中注入單層CNT溶液后，留下的只有凝膠容易吸附的CNT，其他的全部順著容器流走。然后改變凝膠的pH值等條件，再次注入之前流走的溶液。通過重復這一過程，就可以使金屬型CNT和半導體型CNT以高純度分離。

　　通過為布線采用金屬型CNT，為晶體管采用半導體型CNT，可以制造出集成度超高、超高速、超低功耗的計算機。

　　風險評估還在進行

　　作為一種環(huán)保材料，CNT也并非沒有弱點。有看法指出，大量吸入CNT后，有可能像石棉一樣，引發(fā)癌癥和間皮瘤等疾病。

　　具有極強的耐熱、耐化學性的石棉也曾是備受追捧的“夢幻材料”。但是，因為在應用于產(chǎn)業(yè)之前沒有充分檢驗其有害性，這種材料引發(fā)了嚴重的健康危害。為了不重蹈覆轍，現(xiàn)在全世界的研究機構(gòu)都在開展CNT的風險評估。

　　2011年，日本產(chǎn)綜研安全科學研究部門主任（現(xiàn)任研究員）中西準子領(lǐng)導的NEDO項目組制作了CNT的風險評估報告，報告提出，在工作環(huán)境下，CNT的容許暴露濃度為0.03mg/m3。目前，各企業(yè)都參考這個數(shù)字，自主實施安全管理。

　　產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)發(fā)出呼吁，希望國家明確風險管理標準，制定相關(guān)法律。但CNT的形狀和硬度因目的和用途而異，有害性也差別巨大，很難一概而論。

　　為此，NEDO于2013年10月制定了“安全性試驗流程規(guī)范”，作為企業(yè)在確認其使用的CNT的安全性時遵循的方針。

　　根據(jù)這一規(guī)范，企業(yè)無需實施耗時漫長、成本高昂的動物試驗，即可簡單、快速地對呼吸系統(tǒng)受到的影響進行評估，為評估形狀各異的CNT提供了條件，也將低了企業(yè)自主管理的難度。

　　東京大學特聘教授岸本充生解釋說：“在大約5年前，大家對于CNT還覺得‘可怕、未知’。但隨著研究的推進，大家逐漸形成了一致的意見，那就是通過控制長度、硬度和表面狀態(tài)，CNT可以安全使用。”為了不讓這種“夢幻材料”只是黃粱一夢，對于CNT的安全，必須要有足夠的重視。