白皮书
碳纳米管技术可能会带来布线领域的革命
要处理线和条带形态的 CNT，就必须改良电缆的生产工艺，以便优化吞吐量和提高产量。
布线领域的革命
碳纳米管技术 (CNT) 已经在半导体和医学等应用领域引发了广泛的关注，在 TE Connectivity (TE)，我们对其重点的研究领域是高性能电力电缆。TE 一直在积极开发用于线缆领域的 CNT 应用，与大学或行业先驱展开合作，并利用原型样品进行评估。虽然 CNT 电缆在成为主流之前还有很长的路要走，但我们相信这一技术已经能够满足特定应用（如卫星）的需求。
使用 CNT 元件的电缆有可能成为颠覆性技术，主要得益于与现有材料相比的减重。在人造卫星、无人机、载人军用飞机等领域的实际应用中，这样的减重意味着相关平台能减轻几十乃至几千磅。例如：
- 人造卫星：将人造卫星发射进入轨道的成本为每磅有效载荷 $5,000 至 $50,000。任何形式的减重都能显著降低成本，或者得以携带更多的科研和工程设备，或装载更多机动燃料以延长任务时间。
- 无人机：重量越轻，空中飞行时间越长。值得注意的是，大型无人机上的电缆重量约有 850 磅。使用 CNT 屏蔽件取代金属屏蔽件可减重 300 磅。全 CNT 电缆可能再减重 100 磅，使总重量从 850 磅降到 450 磅。
- 载人飞机：减重能提高燃油效率或有效载荷，或者增大飞行范围。
CNT 电缆的优势不只局限于航空航天应用。减重对于地面交通工具甚至士兵穿戴设备也很重要。
单一纳米管有很高的纵横比（直径仅几纳米，而长度达几英里），因此具备卓越的纳米级性质：抗拉强度优于钢，传导率优于铜，热损耗优于金刚石，而且抗腐蚀、抗疲劳。下表列出了单一碳纳米管的典型性质。
| 机械强度 | CNT | 钢 | 铝 |
|---|---|---|---|
| 杨氏模量 (TPa) | 0.8 到 1.4 | 0.3 | 0.7 |
| 抗拉强度 (GPa) | 63 | 2 | 0.3 |
| 密度 (g/cm3) | 1.4 | 8 | 2.7 |
CNT 屏蔽件
CNT 通过热处理生成，制作成线形态以用于导体，制作成条带、薄板和线形态以用于屏蔽件。
将 CNT 绞线制作成线或薄板形态以获得适合实际使用的尺寸，由此改变材料的性质。单一碳纳米管的传导率比铜高 30%，而由 CNT 网组成的线则比铜的传导率低好几个数量级。下图显示了自 2007 年以来 CNT 线传导率改良的最新进展。
我们正积极开发用于航空航天和人造卫星应用中 MIL-STD-1553B 和 IEEE 1394 应用的 CNT 电缆，在未来几年内，将实现产品从原型到生产的转变。最初的 IEEE 1394 电缆将使用 CNT 屏蔽，而 MIL-STD-1553B 电缆将有可能成为首例完全采用 CNT 结构的电缆。
基于 CNT 的屏蔽件不仅具备高屏蔽效果，还具有超轻量特性。在高频情况下，一个两层的 CNT 条带所提供的屏蔽效果与一个铜线编织层的效果基本相同（4 GHz 时差不多为 50 dB），但其重量还不到铜线编织层的 2%。
但是，CNT 屏蔽件具有高电阻系数，这就意味着其在频率低于 100 MHz 时的屏蔽性能差，无法提供防雷击保护。航空航天应用中常用两条编织电缆，如果使用 CNT 电缆替代其中一条，则剩下的一条可以处理低频噪声和闪电，而 CNT 屏蔽件可以提供高频情况下的屏蔽。混合屏蔽结构可以减少 25%-30% 的重量。
准备好迎接黄金时间了吗？
虽然将 CNT 材料用于电缆已经取得了一些进展，但还有另外两个问题值得一提。第一个问题是如何端接 CNT 电缆。CNT 导体与现有端子兼容并且可以借助标准压接技术进行端接，尽管会改变压接工具设置和冲模。压接机械强度的测试表明，CNT 线断掉，然后压接失败。屏蔽件可以通过钢带及其他压缩技术端接到连接器尾盖。通过使用特种合金，条带和线也可进行焊接。
第二个问题是产品从原型到生产的转变。CNT 线、薄板和条带可以按照商业规模进行生产，但是批量生产电缆所需的超长部件还是一大难题。虽然 CNT 供应商的生产能力在快速增长，但如今的供应链通常还是需要较长的交货周期。当今很多应用（例如半导体或复合外壳）都使用以微米或毫米为计量单位的 CNT。电缆的规模与这些应用完全不同，电缆需要几十米的 CNT。
在 TE 与商业及大学合作伙伴协力改善宏观 CNT 排列的传导率的过程中，我们也制造了数英里的 CNT 导线和电缆，用于进行测试和评估。
TE 建造了一座 CNT 试验工厂，每年能够生产数百英里的导线和电缆。要处理线和条带形态的 CNT，就必须改良电缆的生产工艺，以便优化吞吐量和提高产量。TE 已开发出改良方法，可提供多种不同种类的长导线和长电缆。
您的航空航天项目需要帮助吗？
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碳纳米管技术可能会带来布线领域的革命
要处理线和条带形态的 CNT，就必须改良电缆的生产工艺，以便优化吞吐量和提高产量。
布线领域的革命
碳纳米管技术 (CNT) 已经在半导体和医学等应用领域引发了广泛的关注，在 TE Connectivity (TE)，我们对其重点的研究领域是高性能电力电缆。TE 一直在积极开发用于线缆领域的 CNT 应用，与大学或行业先驱展开合作，并利用原型样品进行评估。虽然 CNT 电缆在成为主流之前还有很长的路要走，但我们相信这一技术已经能够满足特定应用（如卫星）的需求。
使用 CNT 元件的电缆有可能成为颠覆性技术，主要得益于与现有材料相比的减重。在人造卫星、无人机、载人军用飞机等领域的实际应用中，这样的减重意味着相关平台能减轻几十乃至几千磅。例如：
- 人造卫星：将人造卫星发射进入轨道的成本为每磅有效载荷 $5,000 至 $50,000。任何形式的减重都能显著降低成本，或者得以携带更多的科研和工程设备，或装载更多机动燃料以延长任务时间。
- 无人机：重量越轻，空中飞行时间越长。值得注意的是，大型无人机上的电缆重量约有 850 磅。使用 CNT 屏蔽件取代金属屏蔽件可减重 300 磅。全 CNT 电缆可能再减重 100 磅，使总重量从 850 磅降到 450 磅。
- 载人飞机：减重能提高燃油效率或有效载荷，或者增大飞行范围。
CNT 电缆的优势不只局限于航空航天应用。减重对于地面交通工具甚至士兵穿戴设备也很重要。
单一纳米管有很高的纵横比（直径仅几纳米，而长度达几英里），因此具备卓越的纳米级性质：抗拉强度优于钢，传导率优于铜，热损耗优于金刚石，而且抗腐蚀、抗疲劳。下表列出了单一碳纳米管的典型性质。
| 机械强度 | CNT | 钢 | 铝 |
|---|---|---|---|
| 杨氏模量 (TPa) | 0.8 到 1.4 | 0.3 | 0.7 |
| 抗拉强度 (GPa) | 63 | 2 | 0.3 |
| 密度 (g/cm3) | 1.4 | 8 | 2.7 |
CNT 屏蔽件
CNT 通过热处理生成，制作成线形态以用于导体，制作成条带、薄板和线形态以用于屏蔽件。
将 CNT 绞线制作成线或薄板形态以获得适合实际使用的尺寸，由此改变材料的性质。单一碳纳米管的传导率比铜高 30%，而由 CNT 网组成的线则比铜的传导率低好几个数量级。下图显示了自 2007 年以来 CNT 线传导率改良的最新进展。
我们正积极开发用于航空航天和人造卫星应用中 MIL-STD-1553B 和 IEEE 1394 应用的 CNT 电缆，在未来几年内，将实现产品从原型到生产的转变。最初的 IEEE 1394 电缆将使用 CNT 屏蔽，而 MIL-STD-1553B 电缆将有可能成为首例完全采用 CNT 结构的电缆。
基于 CNT 的屏蔽件不仅具备高屏蔽效果，还具有超轻量特性。在高频情况下，一个两层的 CNT 条带所提供的屏蔽效果与一个铜线编织层的效果基本相同（4 GHz 时差不多为 50 dB），但其重量还不到铜线编织层的 2%。
但是，CNT 屏蔽件具有高电阻系数，这就意味着其在频率低于 100 MHz 时的屏蔽性能差，无法提供防雷击保护。航空航天应用中常用两条编织电缆，如果使用 CNT 电缆替代其中一条，则剩下的一条可以处理低频噪声和闪电，而 CNT 屏蔽件可以提供高频情况下的屏蔽。混合屏蔽结构可以减少 25%-30% 的重量。
准备好迎接黄金时间了吗？
虽然将 CNT 材料用于电缆已经取得了一些进展，但还有另外两个问题值得一提。第一个问题是如何端接 CNT 电缆。CNT 导体与现有端子兼容并且可以借助标准压接技术进行端接，尽管会改变压接工具设置和冲模。压接机械强度的测试表明，CNT 线断掉，然后压接失败。屏蔽件可以通过钢带及其他压缩技术端接到连接器尾盖。通过使用特种合金，条带和线也可进行焊接。
第二个问题是产品从原型到生产的转变。CNT 线、薄板和条带可以按照商业规模进行生产，但是批量生产电缆所需的超长部件还是一大难题。虽然 CNT 供应商的生产能力在快速增长，但如今的供应链通常还是需要较长的交货周期。当今很多应用（例如半导体或复合外壳）都使用以微米或毫米为计量单位的 CNT。电缆的规模与这些应用完全不同，电缆需要几十米的 CNT。
在 TE 与商业及大学合作伙伴协力改善宏观 CNT 排列的传导率的过程中，我们也制造了数英里的 CNT 导线和电缆，用于进行测试和评估。
TE 建造了一座 CNT 试验工厂，每年能够生产数百英里的导线和电缆。要处理线和条带形态的 CNT，就必须改良电缆的生产工艺，以便优化吞吐量和提高产量。TE 已开发出改良方法，可提供多种不同种类的长导线和长电缆。
