カーボンナノチューブの潜在的用途

カーボンナノチューブ（CNT）は、1層以上のグラフェン（格子）の円筒形です。単層カーボンナノチューブ（SWNT）と多層カーボンナノチューブ（MWNT）の直径は、通常それぞれ0.8～2nmと5～20nmですが、MWNTの直径は100nmを超えることもあります。CNTの長さは100nm未満から0.5mまであります。^[1]

個々のCNT壁は、管軸に対する格子の向き（キラリティーと呼ばれる）に応じて、金属的または半導体的になります。MWNTの断面積は、1 TPaに近い弾性率と100 GPaの引張強度を提供し、これはどの工業用繊維よりも10倍以上高いです。MWNTは通常金属であり、最大10 ⁹ A cm ⁻²の電流を流すことができます。SWNTは3500 W m ⁻¹ K ^−1の熱伝導率を示し、ダイヤモンドを超えます。^[2]

2013年現在^[update]、カーボンナノチューブの生産量は年間数千トンを超え、エネルギー貯蔵、デバイスモデリング、自動車部品、船体、スポーツ用品、浄水器、薄膜エレクトロニクス、コーティング、アクチュエータ、電磁シールドなどの用途に使用されています。CNT関連の出版物は過去10年間で3倍以上に増加し、特許発行率も上昇しました。^[2]ほとんどの生産は非組織化アーキテクチャでした。「フォレスト」、糸、通常のシートなどの組織化されたCNTアーキテクチャは、はるかに少量で生産されました。^[2] CNTは、いわゆる宇宙エレベーターのテザーとして提案されています。^{[3] [4]}

最近、いくつかの研究で、カーボンナノチューブを構成要素として使用して、3次元のマクロスコピック（3次元全体で1 mm超）オールカーボンデバイスを製造する可能性が強調されています。Lalwaniらは、単層および多層カーボンナノチューブを構成要素として使用して、マクロスコピックで自立した多孔質のオールカーボンスキャフォールドを製造するための新しいラジカル開始熱架橋法を報告しました。^[5]これらのスキャフォールドは、マクロ、マイクロ、ナノ構造の細孔を持ち、多孔度は特定の用途に合わせて調整できます。これらの3Dオールカーボンスキャフォールド/アーキテクチャは、次世代のエネルギー貯蔵、スーパーキャパシタ、電界放出トランジスタ、高性能触媒、太陽光発電、および生物医学デバイスとインプラントの製造に使用できます。

ライス大学とニューヨーク州立大学ストーニーブルック校の研究者らは、低重量％のカーボンナノチューブを添加すると、骨、^{[6] [7] [8]}軟骨、^[9]筋肉^[10]および神経組織^{[7] [11]}などの組織工学用途の生分解性ポリマーナノ複合材料の機械的特性が大幅に改善されることを示した。低重量％のグラフェン（約0.02重量％）を分散させると、ポリマーナノ複合材料の圧縮および曲げ機械的特性が大幅に向上する。ライス大学、ストーニーブルック大学、ラドバウド大学ナイメーヘン医療センター、カリフォルニア大学リバーサイド校の研究者らは、カーボンナノチューブとそのポリマーナノ複合材料が骨組織工学^{[12] [13] [14]}および骨形成に適した足場材料であることを示した。^{[15] [16]}

義足に一般的に使用されているポリウレタンと比較すると、わずか1%のカーボンナノチューブを含むCNT天然ゴム複合材は、引張強度が25%向上します。さらに、この少量のCNT添加により、天然ゴムに比べて寸法安定性が20%、耐熱性が15%向上します。^[17]

CNTはDNAやタンパク質などの生体分子と寸法的、化学的に適合性を示します。CNTは蛍光や光音響イメージング、近赤外線による局所加熱を可能にします。^[2]

SWNTバイオセンサーは、電気インピーダンスと光学特性に大きな変化を示しますが、これは通常、CNT表面へのターゲットの吸着によって調整されます。低い検出限界と高い選択性には、センサー設計のためにCNT表面と電界効果、静電容量、ラマンスペクトルシフト、および光ルミネセンスのエンジニアリングが必要です。開発中の製品には、エストロゲンとプロゲステロン検出用の印刷されたテストストリップ、DNAとタンパク質検出用のマイクロアレイ、NO用のセンサーなどがあります。
₂心臓トロポニンも同様のCNTセンサーが食品産業、軍事、環境分野での応用をサポートしています。^[2]

CNT は、まずその先端を細胞膜受容体に結合することで細胞に取り込まれます。これにより、CNT 壁に付着した分子貨物や CNT に封入された分子貨物のトランスフェクションが可能になります。 ^[18]たとえば、抗がん剤ドキソルビシンは、リポソームでは最大 8 ～ 10 wt % であったのに対し、CNT では最大 60 wt % まで取り込まれました。貨物の放出は近赤外線によって誘発されます。ただし、体内での CNT の保持を制限することは、望ましくない蓄積を防ぐために重要です。^[2]

CNT の毒性は依然として懸念事項ですが、CNT の生体適合性は工学的に改善できる可能性があります。十分に分散した SWNT の注入によって引き起こされる肺の炎症の程度は、アスベストや空気中の粒子状物質に比べて軽微でした。CNT を医療で受け入れるには、免疫反応と、吸入、注入、摂取、皮膚接触に対する適切な暴露基準を理解することが必要です。ポリマーに固定された CNT フォレストは、対照群と比較してラットの炎症反応の上昇を示しませんでした。CNT は、低インピーダンス神経インターフェース電極として、また血栓症を減らすためのカテーテルのコーティングとして検討されています。^[2]

医療用画像撮影用の CNT 対応 X 線源も開発中です。研究者は CNT のユニークな特性を利用して、精密な X 線制御と複数の線源の近接配置を可能にする電界放出カソードを開発しました。CNT 対応 X 線源は、前臨床、小動物画像撮影アプリケーションで実証されており、現在は臨床試験中です。^{[引用が必要]}

2012年11月、アメリカ国立標準技術研究所（NIST）の研究者らは、単層カーボンナノチューブがDNA分子を酸化による損傷から保護するのに役立つ可能性があることを証明した。^[19]

細胞内にカーボンナノチューブを送達する非常に効果的な方法は、マサチューセッツ工科大学のロバート・S・ランガー研究室で開発された細胞内送達用の高スループットベクターフリーマイクロ流体プラットフォームであるセルスクイージングである。^[20]

さらに、電気クロマトグラフィーに基づく化学分析のために、カーボンナノチューブはマイクロ流体チャネル内で成長しています。ここでは、CNTの高い表面積対体積比と高い疎水性を利用して、通常は分析に大型のかさばる装置を必要とする小さな中性分子の分析時間を大幅に短縮しています。^{[21] [22]}

カーボンナノチューブの優れた機械的特性のため、衣服やスポーツ用品などの日用品から戦闘用ジャケットや宇宙エレベーターに至るまで、多くの構造が提案されている。^[23]しかし、宇宙エレベーターでは、カーボンナノチューブの実用的な引張強度を大幅に向上させる必要があるため、カーボンナノチューブ技術の改良にさらなる努力が必要になるだろう。^[24]

自動車分野におけるCNT/ポリマー複合材の応用は、特に車体部品、電気システム、エンジン部品など、さまざまなシステムにわたる技術的進歩を際立たせています。エポキシ複合材にガラス繊維強化材とCNTを組み込むと、強度が60％、衝撃エネルギー耐性が30％向上します。これらの改善により、燃料消費量が16％、温室効果ガス排出量が26％大幅に削減される可能性があります。さらに、低濃度（0.2重量％）でも効果を発揮するCNTフィラーは、寸法安定性と熱安定性を高め、総重量を軽減します。車両重量を25％削減すると、年間最大2億5000万バレルの原油を節約できます。^[25]

参考までに、すでに目覚ましい進歩が遂げられている。ナノテク研究所のレイ・H・バウマンが率いる先駆的な研究は、単層および多層ナノチューブが人工界や自然界では比類のない強靭性を備えた材料を生産できることを示した。^{[26] [27]}

カーボンナノチューブは、その並外れた機械的特性（弾性率約 1 TPa、強度約 100 GPa）を考えると、階層的複合材料の構成要素としても有望な材料です。 CNT を階層構造（糸、繊維、フィルムなど^[28]）に組み込む初期の試みでは、これらの潜在的な限界よりも大幅に低い機械的特性しか得られませんでした。 単一のナノ構造内に多層カーボンナノチューブと金属/金属酸化物を階層的に統合すると、水分解および電気触媒に対するカーボンナノチューブ複合材料の潜在的可能性を活用できます。^[29] Windleらは、その場化学蒸着（CVD）紡糸法を使用して、CVD 成長 CNT エアロゲルから連続 CNT 糸を製造しました。 ^{[30] [31] [32]} CNT 糸は、CNT フォレストから CNT 束を引き出し、続いてねじって繊維を形成することによっても製造できます（ドローツイスト法、右の図を参照）。 Windle グループは、約 1 mm の短いゲージ長で約 9 GPa もの強度を持つ CNT 糸を製造しましたが、20 mm の長いゲージ長では約 1 GPa の強度しか報告されていません。^{[33] [34]}繊維の強度が個々の CNT の強度に比べて低い理由は、繊維内の構成 (不連続) CNT に負荷を効果的に伝達できないためです。この問題を軽減する 1 つの方法は、放射線 (または蒸着) によって誘起される共有結合の束間および CNT 間の架橋によって CNT を効果的に「結合」し、より高い線量レベルで非晶質炭素/カーボンナノチューブ複合繊維の可能性を高めることです。^[35] Espinosaらは、ポリマー有機化合物で薄くコーティングされたランダム配向の DWNT 束のリボンをねじって伸ばすことで、高性能の DWNT ポリマー複合糸を開発しました。これらのDWNTポリマー糸は、約100 J·g ⁻¹という異常に高い破壊エネルギー（最も強靭な天然素材の1つであるクモの糸^[36]に匹敵）と、約1.4 GPaという高い強度を示しました。^[37]ケブラーなどのより強靭なマトリックス材料を組み込んだCNT複合材料を製造し、個々のCNTの機械的特性をさらに向上させる 取り組みが進行中です。

カーボンナノチューブは機械的強度が高いため、これを衣服に織り込んで防刃・防弾の衣服を作る研究が行われている。ナノチューブは弾丸が身体を貫通するのを効果的に防ぐが、弾丸の運動エネルギーによって骨折や内出血を引き起こす可能性が高い。^[38]

カーボンナノチューブは、カーボンナノチューブ構造ヒーターを使用することで、複合材硬化時の処理時間を短縮し、エネルギー効率を高めることもできます。オートクレーブ処理は複合材硬化の「ゴールドスタンダード」ですが、コストが高く、部品サイズの制限があります。研究者は、ボーイング787のカーボンファイバー/エポキシ胴体の小さな部分を硬化させるには、350GJのエネルギーが必要で、80トンの二酸化炭素が発生すると推定しています。これは、9世帯が1年間に消費するエネルギーとほぼ同じ量です。^[39]さらに、部品サイズの制限がなくなるため、小さな複合部品を結合して大規模な構造を作成する必要がなくなります。これにより、製造時間が節約され、構造の強度が向上します。

カーボンナノチューブ構造のヒーターは、高い電気効率と機械的柔軟性を備え、急速な昇温速度で高温に達することができるため、複合材料の硬化にオートクレーブや従来のオーブンを置き換えるものとして有望視されています。これらのナノ構造ヒーターはフィルムの形をとることができ、複合材料に直接適用できます。これにより、オートクレーブや従来のオーブンで使用される対流熱伝達とは対照的に、伝導熱伝達が実現します。Lee らは、オートクレーブで導入された熱エネルギーの 50% のみが部品のサイズに関係なく硬化中の複合材料に伝達されるのに対し、ナノ構造フィルムヒーターではプロセスに応じて約 90% の熱エネルギーが伝達されると報告しました。^[40]

Lee らは、CNT フォレストをテフロンフィルム上に「ドミノプッシュ」して作った CNT ヒーターを使用して、航空宇宙グレードの複合材料をうまく硬化させることができました。このフィルムは、8 層の OOA プリプレグ レイアップの上に敷かれました。アセンブリの周囲には断熱材が組み込まれました。その後、セットアップ全体を真空バッグに入れ、30 V DC 電源を使用して加熱しました。従来の方法で硬化した複合材料と OOA セットアップを比較するために、硬化度と機械的テストが実施されました。結果は、作成された複合材料の品質に違いがないことを示しました。ただし、複合材料 OOA を硬化するために必要なエネルギー量は、13.7 MJ から 118.8 kJ に 2 桁減少しました。^[41]

しかし、カーボンナノチューブをボーイング 787 機体の硬化に使用するには、さらなる開発が必要です。信頼性の高いカーボンナノチューブ構造ヒーターを作成する上で最大の課題は、熱が均等に適用されるよう、ポリマー マトリックス内に均一なカーボンナノチューブ分散体を作成することです。CNT は表面積が大きいため、個々の CNT 間に強いファンデルワールス力が生じ、凝集して不均一な加熱特性が生じます。さらに、選択されるポリマー マトリックスは、発生する高温と、複数の複合部品を硬化するために必要な繰り返しの熱サイクルに耐えられるように慎重に選択する必要があります。

MWNT は最初、金属の導電性フィラーとして使用され、濃度は重量比で 83.78 パーセント (wt%) にも達しました。MWNT ポリマー複合材料は、10 wt % の負荷で 10,000 S m ^{−1にも達します。自動車業界では、CNT プラスチックは、ミラーハウジングの静電塗装、}静電気を消散させる燃料ラインやフィルターに使用されています。その他の製品には、電磁干渉 (EMI) シールドパッケージやシリコンウェーハキャリアなどがあります。^[2]

耐荷重用途では、CNT 粉末をポリマーまたは前駆体樹脂と混合して剛性、強度、靭性を高めます。これらの強化は、CNT の直径、アスペクト比、配列、分散、界面相互作用に依存します。プレミックス樹脂およびマスターバッチには、0.1 ～ 20 wt% の CNT 配合量が使用されます。CNT 間のナノスケールのスティックスリップと CNT ポリマー接触により、材料の減衰が高まり、テニスラケット、野球バット、自転車フレームなどのスポーツ用品の性能が向上します。^[2]

CNT樹脂は、風力タービンのブレードや海上警備艇の船体など、炭素繊維複合材をCNT強化樹脂で強化して作られた繊維複合材を強化します。CNTは、より強度の高い直径1μmの炭素繊維の有機前駆体の添加剤として使用されます。CNTは、熱分解繊維内の炭素の配列に影響を与えます。^[2]

より大きなスケールで CNT を組織化するという課題に向けて、ガラス、炭化ケイ素(SiC)、アルミナ、炭素繊維の上に整列した森林を成長させ、いわゆる「ファジー」繊維を作成することで、階層的な繊維複合材料が作成されます。ファジーエポキシCNT-SiC および CNT-アルミナ ファブリックは、亀裂開口 (モード I) および/または面内せん断層間 (モード II) 靭性が 69% 向上しました。調査中の用途には、落雷保護、除氷、航空機の構造健全性監視などがあります。^[2]

MWNTは、ナノチューブの充填によるレオロジーの変化により、プラスチックの難燃添加剤として使用することができます。このような添加剤は、環境規制に直面しているハロゲン系難燃剤の代替品となる可能性があります。 ^[2]

CNTとコンクリートの混合物は引張強度を高め、ひび割れの進行を抑えます。^[42]

バッキーペーパー（ナノチューブ集合体）は効率的な熱反射により耐火性を大幅に向上させることができる。^[43]

繊維の機能化のための CNT の使用に関するこれまでの研究は、物理的および機械的特性の改善を目的とした繊維紡糸に焦点が当てられていました。 ^{[44] [45] [46]最近}、繊維生地への CNT のコーティングに大きな注目が集まっています。 CNT を使用して生地を改質するためにさまざまな方法が採用されています。 Panhuis らは、CNT を使用した高分子電解質ベースのコーティングを使用して、人間の生体モニタリング用のインテリジェントな e-テキスタイルを製造しました。 [47] さらに、Panhuis らは、ポリ (2-メトキシアニリン-5-スルホン酸) PMAS ポリマー溶液または PMAS-SWNT 分散液に浸漬して繊維材料を染色し、導電性と静電容量を向上させ、耐久性を実現しました。^[48]別の研究では、Hu らは、ウェアラブル電子機器やエネルギー貯蔵用途向けに、単純な「浸漬と乾燥」プロセスで単層カーボンナノチューブをコーティングしました。^[49]最近の研究では、Liと同僚はエラストマーセパレーターを使用して、座屈した単層カーボンナノチューブマクロフィルムに基づく完全に伸縮可能なスーパーキャパシタをほぼ実現しました。電界紡糸ポリウレタンが使用され、健全な機械的伸縮性を提供し、セル全体で優れた充放電サイクル安定性を実現しました。^[50] CNTは整列したナノチューブ構造と負の表面電荷を持っています。そのため、直接染料に似た構造を持っているため、抗菌性、導電性、難燃性、電磁波吸収性などの多機能ファブリックを作成するために、繊維表面にCNTをコーティングして吸収するために排気法が適用されます。^{[51] [52] [53]}

その後、直接化学蒸着法（CVD）や森林紡績法、延伸法で作られたCNT糸^[54]や積層シートが、特に重量に敏感で電気的・機械的機能の両方を必要とする用途で、高級用途で炭素繊維と競合する可能性があります。数層CNTから作られた研究用糸は、糸内のミリメートル長のCNTに匹敵するゲージ長で、357GPaの剛性と8.8GPaの強度に達しています。センチメートルスケールのゲージ長では、ケブラーと同じ2GPaの重量強度しかありません。^[2]

重大な欠陥の可能性は体積とともに高まるため、糸は個々の CNT の強度に達することはないかもしれません。しかし、CNT の高表面積は、これらの欠陥を軽減する界面結合を提供する可能性があります。CNT 糸は強度を失わずに結ぶことができます。森林で引き抜かれた CNT シートを機能性粉末でコーティングしてから撚りを入れると、最大 95 重量% の粉末を含む織り、編み、縫製可能な糸が得られます。用途には、超伝導線、バッテリーおよび燃料電池の電極、セルフクリーニング繊維などがあります。^[2]

現時点では実用的ではないが、配向したSWNTの繊維は、CNT懸濁液の凝固ベースの紡糸によって作ることができる。商業化には、より安価なSWNTまたは紡糸されたMWNTが必要である。^{[2]カーボンナノチューブは、}フッ化硫酸などの超酸に溶解し、乾式ジェット湿式紡糸で繊維に引き伸ばすことができる。^[55]

DWNTポリマー複合糸は、ポリマー有機化合物で薄くコーティングされたDWNTのランダム配向束のリボンをねじって伸ばすことによって作られています。^[56]

防弾チョッキ—戦闘用ジャケット^[57]ケンブリッジ大学がこの繊維を開発し、企業に製造のライセンスを与えた。^[58]比較すると、防弾繊維ケブラーの強度は27～33 J/gである。

合成筋肉は電流を流すと高い収縮/伸長比を示す。^[59]

SWNTは取り外し可能な構造用橋梁パネルの実験材料として使用されています。^[60]

2015年、研究者らはクモの糸にCNTとグラフェンを組み込み、その強度と靭性を新たな記録にまで高めた。研究者らは15匹のヨシガモ科のクモにナノチューブまたはフレークを含む水を吹きかけた。その結果得られたクモの糸は、最大5.4 GPaの破壊強度、最大47.8 GPaのヤング率、最大2.1 GPaの靭性係数を示し、合成ポリマーの高性能繊維（ケブラーなど49）と結び目のある繊維の両方を上回った。^[61]

SWNTは繊維に撥水性を与えることができます。綿織物をSWNTで処理すると人工の蓮の葉構造が形成され、表面が粗くなります。^[62]改良された導電性電子繊維は、優れた再現性、洗濯性、耐久性、超疎水性を示します。これらの繊維は、保護作業服、テクニカル繊維、医療用繊維、極限のアウトドアスポーツ用のテクニカル衣類、自動車や航空用の繊維、ウェアラブルセンサー、スマート繊維などに使用されています。

カーボンナノチューブ（CNT）は優れた紫外線遮断特性を示し、ポリマー溶液でコーティングすることで繊維に組み込むことができます。CNTでコーティングされた布地の紫外線透過率はほぼゼロであり、これらのポリマーコーティングされた布地は着用者をUVAとUVBの両方の光線から効果的に保護できることを示しています。^[63]

引き伸ばされ整列したMWNTスプリングの「フォレスト」は、スチールスプリングの10倍のエネルギー密度を達成でき、サイクル耐久性、温度非感受性、自然放電なし、任意の放電率を提供します。SWNTフォレストは、MWNTよりもはるかに多くのエネルギーを貯蔵できると期待されています。^[64]

金属に少量のCNTを添加すると、引張強度と弾性率が向上し、航空宇宙や自動車の構造に応用できる可能性があります。市販のアルミニウム-MWNT複合材料は、ステンレス鋼（0.7～1GPa）に匹敵する強度を持ちながら、密度はステンレス鋼の3分の1（2.6 g cm ⁻³）で、より高価なアルミニウム-リチウム合金に匹敵します。^[2]

CNTは多機能コーティング材として使用できます。例えば、塗料とMWNTの混合物は、藻類やフジツボの付着を防ぐことで船体の生物付着を減らすことができます。環境に有害な殺生物剤を含む塗料の代替品として使用できます。^[65] CNTを金属の防食コーティングに混ぜると、コーティングの剛性と強度が向上し、陰極保護が可能になります。^[2]

CNT は、さまざまな消費者向けデバイスで ITO のより安価な代替品となります。コスト以外にも、CNT の柔軟で透明な導体は、フレキシブル ディスプレイ用の脆い ITO コーティングよりも優れています。CNT 導体は溶液から堆積し、スクリーン印刷などの方法でパターン化できます。SWNT フィルムは 90% の透明度と 1 平方あたり 100 オームのシート抵抗を提供します。このようなフィルムは、窓や歩道の霜取りなどの薄膜ヒーター用に開発中です。^[2]

カーボンナノチューブの森やフォームは、さまざまな材料でコーティングして機能性や性能を変えることもできます。例としては、柔軟性のある高エネルギー密度バッテリーを作成するためのシリコンコーティングCNT、^[66] 、高弾性エアロゲルを作成するためのグラフェンコーティング^[67]、堅牢な高アスペクト比3Dマイクロアーキテクチャ用の強力な構造材料を作成するためのシリコンカーバイドコーティングなどがあります。^[68]

CNTをコーティングやフィルムに形成する方法は多岐にわたる。^[69]

カーボンナノチューブとセラミックのスプレー塗布混合物は、レーザー光を吸収しながら損傷に耐える前例のない能力を示しています。高出力レーザーのエネルギーを分解せずに吸収するこのようなコーティングは、そのようなレーザーの出力を測定する光出力検出器にとって不可欠です。これらは、たとえば、不発弾の地雷を除去するための軍事機器に使用されます。この複合材料は、多層カーボンナノチューブと、シリコン、炭素、窒素でできたセラミックで構成されています。ホウ素を含めると、破壊温度が上昇します。ナノチューブとグラフェンのような炭素は熱をよく伝導し、耐酸化性セラミックは損傷に対する耐性を高めます。コーティングの作成では、ナノチューブをトルエンに分散させ、これにホウ素を含む透明な液体ポリマーを加えます。混合物を1,100 °C（2,010 °F）に加熱します。得られたものを細かい粉末に粉砕し、トルエンに再度分散させて、銅の表面に薄くスプレーします。このコーティングは遠赤外線レーザーからの光の97.5%を吸収し、1平方センチメートルあたり15キロワットの照射に10秒間耐えた。損傷耐性は、ナノチューブのみやカーボンペイントなどの類似のコーティングに比べて約50%高い。^{[70] [71]}

レーダーはマイクロ波の周波数範囲で作動し、これは MWNT によって吸収される。航空機に MWNT を適用するとレーダーが吸収され、レーダー断面積が小さくなると思われる。そのような用途の 1 つは、ナノチューブを航空機に塗ることである。最近、ミシガン大学で、航空機のステルス技術としてのカーボンナノチューブの有用性に関する研究が行われた。レーダー吸収特性に加えて、ナノチューブは可視光を反射も散乱もしないことが判明しており、夜間は基本的に見えなくなる。これは、現在のステルス航空機を黒く塗るのとよく似ているが、はるかに効果的である。しかし、現在の製造上の制限により、ナノチューブでコーティングされた航空機の現在の生産は不可能である。これらの現在の制限を克服する 1 つの理論は、小さな粒子をナノチューブで覆い、ナノチューブで覆われた粒子を塗料などの媒体に浮かべ、ステルス航空機などの表面に塗布できるようにすることである。^[72]

2010年にロッキード・マーティン社は、まさにそのようなCNTベースのレーダー吸収材料の特許を申請し、2012年にアプライド・ナノストラクチャー・ソリューションズ社に再譲渡され、付与されました。^{[73]この材料は}F-35ライトニングIIに組み込まれていると考える人もいます。^[74]

ナノチューブベースのトランジスタはカーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（CNTFET）としても知られ、室温で動作し、単一の電子を使用してデジタルスイッチングが可能である。^[75]しかし、ナノチューブの実現に対する大きな障害の1つは、大量生産技術の欠如である。2001年に、IBMの研究者は、金属ナノチューブを破壊して半導体ナノチューブを残し、トランジスタとして使用する方法を実証した。彼らのプロセスは「建設的破壊」と呼ばれ、ウェーハ上の欠陥のあるナノチューブを自動的に破壊することを含む。^[76]しかし、このプロセスでは、統計的な規模でのみ電気特性を制御できる。

SWNT は、電子散乱が低く、バンドギャップが大きいため、トランジスタに適しています。SWNT は、電界効果トランジスタ (FET) アーキテクチャおよび高 k 誘電体と互換性があります。1998 年の CNT トランジスタの登場以来、サブスレッショルド スイングが 10 年あたり 60 mV 未満のトンネル FET (2004 年)、無線 (2007 年)、チャネル長が 10 nm 未満で、正規化電流密度が 0.5 V で 2.41 mA μm ⁻¹の FET (シリコン デバイスで得られる電流密度より大きい) など、進歩が遂げられています。

しかし、直径、カイラリティ、密度、配置の制御は、商業生産にはまだ不十分です。数十から数千の SWNT を使用した、それほど要求の厳しくないデバイスの方が、よりすぐに実用的になります。CNT アレイ/トランジスタを使用すると、出力電流が増加し、欠陥やカイラリティの違いが補正され、デバイスの均一性と再現性が向上します。たとえば、水平に整列した CNT アレイを使用したトランジスタは、移動度 80 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹、サブスレッショルド スロープ 140 mV/decade、オン/オフ比 10 ⁵を達成しました。CNT フィルム堆積法では、従来の半導体製造方法でチップあたり 10,000 を超える CNT デバイスを製造できます。

印刷CNT薄膜トランジスタ（TFT）は、アモルファスシリコン（約1 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹）よりも高い移動度を示し、低温、非真空法で堆積できるため、有機発光ダイオードディスプレイの駆動に魅力的です。移動度35 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹、オン/オフ比6 × 10のフレキシブルCNT TFT^{6 つの}成果が実証されました。垂直 CNT FET は、低電圧で OLED を駆動するのに十分な電流出力を示し、透明な CNT ネットワークを通じて赤、緑、青の発光を可能にしました。CNT は、無線周波数識別タグへの応用が検討されています。スピン コーティング中に半導体 SWNT を選択的に保持し、吸着物に対する感度を低減できることが実証されました。

国際半導体技術ロードマップでは、 CNTは散乱が少なく、電流容量が大きく、エレクトロマイグレーションに強いため、集積回路のCu 配線をCNT で置き換えることができると示唆されています。このためには、欠陥密度が低く接触抵抗が低い、密集した (>10 ¹³ cm ⁻² ) 金属 CNT で構成されたビアが必要です。最近、相補型金属酸化物半導体 (CMOS) 互換の 150 nm 直径配線で、1 つの CNT 接触穴の抵抗が 2.8 kOhm であることが、直径 200 mm のウェーハ全体で実証されました。また、はんだバンプの代替として、CNT は高出力アンプで使用するための電気リードと熱放散器の両方として機能します。

最後に、個々の CNT クロスバー電気機械スイッチに基づく不揮発性メモリのコンセプトは、絡み合った CNT 薄膜を機能要素としてパターン化することで商業化されました。これには、スピンコートして産業用クリーンルーム環境で処理できる超高純度 CNT 懸濁液の開発が必要であり、そのため CMOS 処理標準と互換性があります。

カーボンナノチューブ電界効果トランジスタ（CNTFET）は室温で動作し、単一の電子を使用してデジタルスイッチングが可能です。^[77] 2013年には、有用な作業を実行できるCNTロジック回路が実証されました。^[78]ナノチューブベースのマイクロエレクトロニクスの主な障害には、大量生産技術の欠如、回路密度、個々の電気接点の配置、サンプルの純度、^[79]長さ、カイラリティ、および所望の配置の制御、熱予算、接触抵抗などがあります。

主な課題の 1 つは導電性を制御することでした。表面の微妙な特徴に応じて、ナノチューブは導体として、または半導体として機能します。

カーボンナノチューブトランジスタを作るもう一つの方法は、それらをランダムにネットワーク化することだった。^[80]そうすることで、それらの電気的差異をすべて平均化し、ウェハレベルで大規模なデバイスを生産することができる。^[81]このアプローチは、Nanomix Inc. ^[82]（最初の出願日2002年6月^{[83] ）によって最初に特許取得された。これは、2003年に}米国海軍研究所によって独立した研究作業を通じて学術文献に初めて発表された。このアプローチにより、Nanomix はフレキシブルで透明な基板上に最初のトランジスタを作ることもできた。^{[84] [85]}

SWCNT中の電子の平均自由行程は1マイクロメートルを超えるため、長チャネルCNTFETは弾道輸送に近い特性を示し、高速化につながります。CNTデバイスは数百ギガヘルツの周波数範囲で動作することが予測されています。^{[86] [87] [88] [89] [90]}

ナノチューブは磁性金属（ Fe、Co ）のナノ粒子上に成長させることができ、電子（スピントロニクス）デバイスの製造を容易にする。特に、磁場による電界効果トランジスタの電流制御は、このような単一チューブナノ構造で実証されている。^[91]

2001年、IBMの研究者は金属ナノチューブを破壊して半導体ナノチューブを部品として残す方法を実証した。「建設的破壊」を使用して、彼らはウェハ上の欠陥のあるナノチューブを破壊した。^[92]しかし、このプロセスでは、統計的な規模でのみ電気特性を制御できる。2003年には、オーミック金属接点と高kゲート誘電体を備えた室温バリスティックトランジスタが報告され、最先端のシリコンMOSFETよりも20〜30倍の電流を示した。パラジウムは仕事関数の高い金属であり、直径が1.7nmを超える半導体ナノチューブに対してショットキーバリアフリー接点を示すことが示された。 ^[93]

カーボンナノチューブの潜在能力は、2003年にオーミック金属接点と高誘電率ゲート誘電体を備えた室温バリスティックトランジスタが報告され、最先端のSi MOSFETよりも20～30倍高いオン電流を示したことで実証されました。これは、CNTがSiよりも優れた性能を発揮する可能性を示したため、この分野における重要な進歩を示しました。当時、大きな課題はオーミック金属接点の形成でした。この点で、高仕事関数金属であるパラジウムは、直径> 1.7 nmの半導体ナノチューブに対してショットキーバリアフリー接点を示すことが示されました。 ^{[94] [95]}

最初のナノチューブ集積メモリ回路は2004年に作られました。主な課題の1つは、ナノチューブの導電性を制御することでした。微妙な表面特性に応じて、ナノチューブは単純な導体として、または半導体として機能します。しかし、非半導体チューブを除去するための完全に自動化された方法が開発されました。^[96]

2013年、研究者らはチューリング完全なマイクロメートルスケールのコンピュータのプロトタイプを実証した。^{[97] [98] [99]現代のCMOS技術に匹敵する密度を持つ論理ゲート回路としての} カーボンナノチューブトランジスタはまだ実証されていない。^[要出典]

2014年に、精製された半導体カーボンナノチューブのネットワークがp型薄膜トランジスタの活性材料として使用されました。これらは、ポリイミド^[100]やポリエチレン（PET）^[101]などのフレキシブル基板やガラスなどの透明基板^{[102]上に、}インクジェットまたはグラビア方式の3Dプリンターで作成されました。これらのトランジスタは、高い移動度（> 10 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹）とオン/オフ比（> 1000）、および5 V未満のしきい値電圧を確実に示しています。これらは、電流密度と低消費電力に加えて、環境安定性と機械的柔軟性も提供します。電流電圧曲線のヒステリシスとしきい値電圧の変動性は、まだ解決されていません。

2015年、研究者らは、電気抵抗を増加させずにワイヤーの幅を縮小し続けることを可能にする、ワイヤーをSWNTに接続する新しい方法を発表しました。この進歩により、2つの材料間の接触点の幅はわずか40原子幅に縮小され、後にはそれ以下になると予想されました。チューブはシリコンウェーハ上に一定の間隔で並んでいます。シミュレーションでは、設計は高性能または低消費電力のいずれかに最適化できることが示されました。商用デバイスは2020年代まで期待されていませんでした。^[103]

カーボンナノチューブの大きな構造は、電子回路の熱管理に使用できます。約1mmの厚さのカーボンナノチューブ層は、冷却装置を製造するための特別な材料として使用されました。この材料は密度が非常に低く、同様の銅構造よりも約20倍軽量ですが、冷却特性は2つの材料で同様です。^[104]

バッキーペーパーは、チップボードのヒートシンク、LCD画面のバックライト、またはファラデーケージとして使用するのに適した特性を備えています。

単層カーボンナノチューブ（SWNT）の有望な用途の1つは、その強力なUV/Vis-NIR吸収特性による太陽電池パネルへの使用です。研究により、最適化されていない現在の状態でさえ、効率を大幅に向上できることが示されています。ニュージャージー工科大学で開発された太陽電池は、カーボンナノチューブとカーボンバッキーボール（フラーレンとして知られる）の混合物で形成されたカーボンナノチューブ複合体を使用して、蛇のような構造を形成します。バッキーボールは電子を捕らえますが、電子を流すことはできません。^{[105] [106]}太陽光を加えてポリマーを励起すると、バッキーボールが電子をつかみます。すると、銅線のように動作するナノチューブが電子または電流を流すことができます。^[107]

さらに効率を上げるために、SWNT ハイブリッド太陽電池パネルを作成するための追加の研究が行われています。これらのハイブリッドは、生成される電子の数を増やすために、SWNT と光励起性電子ドナーを組み合わせて作成されます。光励起ポルフィリンと SWNT の相互作用により、SWNT 表面に電子正孔対が生成されることがわかっています。この現象は実験的に観察されており、実際には最大 8.5% の効率向上に貢献しています。^[108]

ナノチューブは太陽電池の透明導電膜としてインジウムスズ酸化物を置き換え、光を活性層に通過させて光電流を生成する可能性がある。 ^[109]

有機太陽電池のCNTは、エネルギー損失（キャリア再結合）を減らし、光酸化に対する耐性を高めるのに役立ちます。将来的には、個々のCNT内に形成されたpn接合で効率的な多重励起子生成を活用するために、CNT-シリコンヘテロ接合を太陽光発電技術に組み込む可能性があります。近い将来、商用太陽光発電に透明なSWNT電極が組み込まれる可能性があります。^[2]

電気エネルギーを貯蔵できることに加えて、カーボンナノチューブを使用して水素を貯蔵し、燃料源として使用する研究もいくつか行われています。小さなカーボンナノチューブの毛細管効果を利用することで、単層ナノチューブ内で高密度にガスを凝縮することができます。これにより、ガス、特に水素 (H ₂ ) を液体に凝縮することなく高密度で貯蔵できます。この貯蔵方法は、水素自動車のガソリン燃料タンクの代わりに車両で使用できる可能性があります。水素自動車に関する現在の問題は、燃料の車載貯蔵です。現在の貯蔵方法では、貯蔵のために H ₂ガスを冷却して液体状態に凝縮しますが、気体状態に関連するエネルギーと比較すると、位置エネルギーの損失 (25～45%) が発生します。SWNT を使用した貯蔵では、H2 を気体状態に保つことができるため、貯蔵効率が向上します。この方法により、現在のガソリン車よりもわずかに小さい体積対エネルギー比が可能になり、わずかに短いが同等の航続距離が可能になります。^[110]

カーボンナノチューブへの吸着による水素貯蔵に関する論争と頻繁な実験の領域は、このプロセスが発生する効率です。水素は単位体積あたりのエネルギーがガソリンの約4分の1しかないため、水素貯蔵の有効性は、主要な燃料源としての使用に不可欠です。しかし、研究によると、最も重要なのは使用される材料の表面積です。したがって、表面積が2600 m2/gの活性炭は、最大5.8% w/wを貯蔵できます。これらすべての炭素質材料では、水素は70〜90Kで物理吸着によって貯蔵されます。^[111]

ある実験^{[112]では、}弾性反跳検出分析(ERDA)を利用して CNT に貯蔵される水素の量を調べようとした。CNT (主に SWNT) は化学蒸着法(CVD) で合成され、空気酸化と酸処理を含む 2 段階の精製プロセスを経て、平らで均一なディスクに成形され、さまざまな温度で加圧された純粋な水素にさらされた。データを分析したところ、CNT の水素貯蔵能力は温度が上昇するにつれて低下することが判明した。さらに、測定された最高水素濃度は約 0.18% で、商業的に実現可能な水素貯蔵に必要な値よりも大幅に低かった。重量法を使用して行われた別の実験でも、CNT の最大水素吸収能力は 0.2% と低いことが明らかになった。^[113]

別の実験では、^[要出典] CNT は CVD によって合成され、その構造はラマン分光法によって特徴付けられました。マイクロ波分解を利用して、サンプルはさまざまな酸濃度とさまざまな温度にさまざまな時間さらされ、以前に決定された直径の SWNT に最適な精製方法を見つける試みがなされました。次に、精製されたサンプルはさまざまな高圧の水素ガスにさらされ、重量パーセントによる吸着がプロットされました。データによると、非常に純粋なサンプルで適切な条件下では、最大 3.7% の水素吸着レベルが可能です。マイクロ波分解は、端を開いてナノチューブの内部空洞にアクセスできるようにすることで、CNT の水素吸着容量を向上させるのに役立つと考えられています。

CNT を使用した効率的な水素貯蔵の最大の障害は、ナノチューブの純度です。最大限の水素吸着を達成するには、ナノチューブ サンプル内のグラフェン、アモルファス カーボン、金属堆積物が最小限でなければなりません。現在の CNT 合成法では、精製ステップが必要です。ただし、純粋なナノチューブであっても、吸着容量が最大化されるのは高圧下のみであり、これは市販の燃料タンクには望ましくありません。

様々な企業が、LCD、タッチスクリーン、太陽光発電装置のインジウムスズ酸化物（ITO）の代わりとなる透明で導電性のあるCNTフィルムやナノバッドを開発している。ナノチューブフィルムは、コンピューター、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント、現金自動預け払い機のディスプレイでの使用が期待されている。^[114] CNTダイオードは光起電効果を示す。

多層ナノチューブ（マグネタイトでコーティングされたMWNT）は強力な磁場を発生させることができます。最近の進歩により、マグヘマイトナノ粒子で装飾されたMWNTは磁場内で配向することができ、電気モーターブラシに使用するために磁場の方向に複合材料の電気特性を高めることができることが示され^ています。 [ 116 ^]

PETNなどの爆発性物質の層の上に29%の鉄を豊富に含む単層ナノチューブ（SWNT ）の層を置くと、通常のカメラのフラッシュで点火することができます。^[117]

CNT は、高輝度、低エネルギー、軽量のディスプレイの小型ブラウン管( CRT) の電子銃として使用できます。ディスプレイは、電界と磁界を使用して電子を照射する 1 つの CRT ではなく、1 つのピクセルの蛍光体を照射する電子をそれぞれ供給する小型 CRT のグループで構成されます。これらのディスプレイは、電界放出ディスプレイ(FED) として知られています。

CNTはラジオやその他の電磁機器のアンテナとして機能することができる。 ^[118]

導電性 CNT は、商業用電気モーターのブラシに使用されています。従来のカーボン ブラックに代わるものです。ナノチューブはブラシのプラスチック マトリックスを貫通するため、電気伝導性と熱伝導性が向上します。これにより、カーボン フィラーを 30% から 3.6% に減らすことができ、ブラシ内のマトリックスを増やすことができます。ナノチューブ複合モーター ブラシは、潤滑性 (マトリックスによる)、動作温度 (潤滑性と熱伝導性の両方に優れている)、脆さ (マトリックスと繊維強化による)、強度と成形精度 (マトリックスによる) が向上しています。ブラシは電気モーターの重大な故障ポイントであり、また多くの材料を必要としないため、他のほとんどの用途よりも早く経済的になりました。

電流を流すための電線は、ナノチューブやナノチューブポリマー複合材料から作ることができます。銅やアルミニウムを超える比導電率を持つ細い電線が製造されています。 ^{[119] [120]}最も導電率が高い非金属ケーブルです。たとえば、カーボンナノチューブは100MS/mの導電率を保証し、アルミニウムや銅の導電率35MS/mと59.6MS/mを上回ります。^[121]

CNT は白熱電球のタングステンフィラメントの代替品として研究されています。

金属カーボンナノチューブは、その高い熱安定性、高い熱伝導率、および大きな電流容量のため、超大規模集積回路（VLSI）相互接続としての応用について研究の関心を集めてきました。^{[122] [123] [124 ] [ 125] [126] [127]}孤立したCNTは、250°C（482°F）の高温でも損傷することなく1000MA/cm ^{2を超える電流密度を流すことができ、} Cu相互接続を悩ませているエレクトロマイグレーションの信頼性の懸念を排除します。^[128]両者を比較する最近のモデリング作業では、CNTバンドル相互接続が銅よりも優れた利点を提供できる可能性があることが示されています。^{[129] [128]}最近の実験では、さまざまなアーキテクチャを使用して20オームという低い抵抗が実証され、 ^[130]広い温度範囲にわたる詳細なコンダクタンス測定は、強く無秩序な準1次元導体の理論と一致することが示されました。

CNTビアを銅配線と併用したハイブリッド配線は、信頼性/熱管理の観点から利点があるかもしれない。^[131] 2016年、欧州連合は、CNTと銅配線の両方を採用した複合配線の製造可能性と性能を評価するために、3年間で400万ユーロのプロジェクトに資金を提供した。CONNECT（CarbON Nanotube compositE InterconneCTs）^[132]と名付けられたこのプロジェクトは、ULSIマイクロチップ製造におけるオンチップ配線に信頼性の高いカーボンナノチューブを使用できるようにするための製造技術とプロセスに関する7つの欧州の研究機関と産業パートナーの共同作業である。

電流を運ぶための電線は、純粋なナノチューブおよびナノチューブポリマー複合材料から製造することができる。カーボンナノチューブ電線は、電力またはデータ伝送に効果的に使用できることがすでに実証されている。^[133]最近、銅やアルミニウムを超える比導電率を持つ小さな電線が製造されている。^{[134] [135]}これらのケーブルは、最高の導電率を持つカーボンナノチューブであり、最高の導電率を持つ非金属ケーブルでもある。最近、カーボンナノチューブと銅の複合材料は、純粋な銅や金よりもほぼ100倍高い電流容量を示すことが示された。^[136]重要なことに、このような複合材料の電気伝導性は、純粋なCuに似ている。したがって、このカーボンナノチューブ銅（CNT-Cu）複合材料は、電気導体の中で最も高い電流容量を備えている。したがって、電気導体の特定の断面積では、CNT-Cu複合材料は、銅や金などの金属に比べて100倍高い電流に耐え、輸送することができる。

燃料電池の触媒担体としてCNTを使用すると、カーボンブラックと比較して白金の使用量を60％削減できる可能性があります。ドープされたCNTはPtを完全に排除することを可能にするかもしれません。^[2]

MIT電子工学研究所はナノチューブを使ってスーパーキャパシタを改良している。従来のウルトラキャパシタに使われている活性炭には、さまざまな大きさの小さな空洞が多数あり、それらが集まって電荷を蓄える大きな表面を形成する。しかし、電荷は基本電荷、つまり電子に量子化され、このような基本電荷はそれぞれ最小限の空間を必要とするため、空洞が電荷の要件に適合しないため、電極表面のかなりの部分が蓄電に利用できない。ナノチューブ電極では、空洞のサイズを少し調整できるため（大きすぎたり小さすぎたりしない）、結果として容量が大幅に増加するはずである。^[137]

結合剤や添加剤を含まない森林由来のSWNTを使用した最大電圧3.5Vの40Fスーパーキャパシタは、エネルギー密度15.6Wh kg ⁻¹、電力密度37kW kg ⁻¹を達成しました。^{[138] CNTを}キャパシタの充電プレートに結合すると、表面積が劇的に増加し、エネルギー密度が向上します。^[2]

カーボンナノチューブ（CNT）の刺激的な電子特性は、電池の分野で有望であることが示されており、一般的には新しい電極材料、特にリチウムイオン電池のアノードとして実験されています。 ^[139]これは、アノードが金属リチウムに近い電位で比較的高い可逆容量と、これまでCNTなどのグラファイトベースの複合材料でのみ観察された中程度の不可逆容量を必要とするという事実によるものです。それらは、リチウムイオン電池の容量とサイクル性を大幅に改善するだけでなく、非常に効果的な緩衝部品となる能力があり、通常は繰り返しの充電と放電による電池の劣化を軽減することが示されています。さらに、アノードでの電子輸送は、高金属性のCNTを使用することで大幅に改善できます。^[140]

具体的には、CNTは300～600mAhg ⁻¹の可逆容量を示しており、処理方法によっては1000mAhg ⁻¹まで上昇することもある。^[141]一方、リチウム電池の負極材として最も広く使用されているグラファイトの容量はわずか320mAhg ⁻¹である。科学者たちは、CNTから複合材料を作ることで、これらの並外れた容量だけでなく、優れた機械的強度、導電性、低密度を活用できる可能性を見出している。^[140]

MWNTはリチウムイオン電池の正極に使用されている。^{[142] [143]これらの電池では、少量のMWNT粉末が活性物質とポリマーバインダーと混合され、例えば}LiCoOに1重量%のCNTが充填される。
₂ カソードとグラファイトアノード。CNTは電気的接続性と機械的完全性を高め、レート能力とサイクル寿命を向上させます。^[2]

ペーパーバッテリーは、整列したカーボンナノチューブを注入した紙のように薄いセルロースシート（通常の紙などの主成分）を使用するように設計されたバッテリーです。 ^{[144]これらのデバイスは、}ロールツーロールプロセスで製造できるため、非常に低コストで、軽量で柔軟で薄いため、大きな可能性があります。ペーパーエレクトロニクス（または任意の薄型電子機器）を生産的に使用するには、電源も同様に薄くする必要があり、ペーパーバッテリーが必要であることを示しています。最近、CNTでコーティングされた表面を使用して、バッテリー内の重金属を置き換えることができることが示されました。^[145]さらに最近では、Li4Ti5O12（LTO）またはLiCoO2（LCO）との複合材として、ラミネートプロセスによって1枚の紙にリチウムイオンバッテリーを統合した機能的なペーパーバッテリーが実証されています。紙基板は電池のセパレーターとして機能し、CNTフィルムは陽極と陰極の両方の集電体として機能します。これらの充電式エネルギーデバイスは、RFIDタグ、機能的なパッケージ、または新しい使い捨て電子機器アプリケーションでの可能性を示しています。^[146]

OCSiAl社製の高品質SWCNTを使用したバルイラン大学の研究によると、鉛蓄電池にも改善が見られました。この研究では、鉛蓄電池の寿命が4.5倍に延び、容量が平均30%増加し、高放電率では最大200%増加することが実証されました。^{[147] [148]}

CNT は水輸送や淡水化に使用できます。水分子は、制御されたナノスケールの多孔性を持つ電気化学的に堅牢なナノチューブ ネットワークに通すことで塩から分離できます。このプロセスでは、従来の逆浸透法よりもはるかに低い圧力が必要です。プレーンな膜と比較して、20 °C 低い温度で動作し、6 倍の流量で動作します。^[149]両端が開いた整列したカプセル化された CNT を使用した膜は、CNT の内部を流れることができます。海水濃度で塩分を除去するには、非常に小さな直径の SWNT が必要です。CNT メッシュを含むポータブル フィルターは、汚染された飲料水を浄化できます。このようなネットワークは、有機汚染物質、細菌、ウイルスを電気化学的に酸化できます。^[2]

CNT 膜は発電所の排出物から二酸化炭素をろ過することができます。 ^[要出典]

CNT には生物学的分子を充填することができ、バイオテクノロジーに役立ちます。^{[引用が必要]}

CNT は重量比で 4.2 ～ 65% の水素を貯蔵できる可能性があります。経済的に大量生産できれば、13.2 リットル (2.9 英ガロン、3.5 米ガロン) の CNT に 50 リットル (11 英ガロン、13 米ガロン) のガソリン タンクと同じ量のエネルギーを蓄えることができます。^{[引用が必要]}

CNT は、金や酸化亜鉛などの他の元素/分子のナノワイヤの製造に使用できます。ナノワイヤは、窒化ガリウムなどの他の材料のナノチューブを鋳造するために使用できます。これらは CNT とは非常に異なる特性を持つことができます。たとえば、窒化ガリウムナノチューブは親水性ですが、CNT は疎水性であるため、有機化学で使用できる可能性があります。

CNT ベースの発振器は 50  GHzを超える速度を達成しています。

CNT の電気的および機械的特性は、従来の電気アクチュエータの代替としての可能性を示唆しています。^{[引用が必要]}

カーボンナノチューブの優れた電気的および機械的特性により、ミクロおよびマクロの用途の両方において、従来の電気アクチュエータの代替品として利用されています。カーボンナノチューブは電気と熱の両方の優れた伝導体であり、特定の方向に対して非常に強くて弾力性のある分子でもあります。

カーボンナノチューブは音響（スピーカーやイヤホンなど）にも応用されている。2008年には、交流電流を流すとナノチューブのシートがスピーカーとして動作することが示された。音は振動ではなく熱音響によって生成される。^{[150] [151]} 2013年には、清華大学の清華-フォックスコンナノテクノロジー研究センターの研究グループが、Siベースの半導体技術と互換性のある製造プロセスを使用して、カーボンナノチューブ（CNT）細糸熱音響イヤホンとCNT細糸熱音響チップを実証した^[152]。

近い将来の商業的用途としては、グリーティングカードの圧電スピーカーの置き換えなどが挙げられます。^[153]

その他のアプリケーションについては、カーボンナノチューブの光学特性を参照してください。

• カーボンナノチューブの光ルミネッセンス（蛍光）は半導体単層カーボンナノチューブの観察に使用できる。発光を取得し励起エネルギーをスキャンすることで作成される光ルミネッセンスマップはサンプルの特性評価を容易にする。^[154]

• ナノチューブ蛍光はバイオメディカルイメージングやセンサーへの応用が研究されている。^{[155] [156] [157]}

• 「スーパーグロース」化学蒸着法で製造されたバッキーペーパーの反射率は0.03以下であり、焦電型赤外線検出器の性能向上につながる可能性がある。^[158]

硫黄と鉄を含む CNT ナノ構造スポンジ (ナノスポンジ) は、油、肥料、農薬、医薬品などの水汚染物質をより効果的に吸収します。その磁性により、清掃作業が終わったら簡単に回収できます。硫黄と鉄によりスポンジのサイズは約 2 センチメートル (0.79 インチ) に大きくなります。また、有益な欠陥により多孔性も高まり、浮力と再利用性が生まれます。鉄はフェロセンの形をとるため、構造を制御しやすくなり、磁石を使用した回収が可能になります。このようなナノスポンジは、水から有毒な有機溶剤で あるジクロロベンゼンの吸収を 3.5 倍に高めます。スポンジは植物油を初期重量の 150 倍まで吸収でき、エンジンオイルも吸収できます。^{[159] [160]}

以前、磁性ホウ素ドープMWNTナノスポンジが水から油を吸収することができた。スポンジは化学蒸着法によって基板上に森のように成長した。ホウ素はチューブが成長するにつれてねじれや曲がりを作り、共有結合の形成を促進する。ナノスポンジは実験室で10,000回の圧縮後も弾性特性を保持する。スポンジは超疎水性で水面に留まり、親油性で油を引き寄せる。^{[161] [162]}

カーボンナノチューブは、その大きな疎水性表面積により、水中の広範囲の芳香族および脂肪族汚染物質に対して強い吸着親和性を示すことが示されている^{[163] [164] [165]}。また、天然有機物の存在下では活性炭と同様の吸着能力を示した。^[166]その結果、水および廃水処理システムにおける汚染物質の除去のための有望な吸着剤として示唆されている。

さらに、カーボンナノチューブアレイから作られた膜は、孔径分布（受動制御）または外部静電場（能動制御）によって動的に活性化/非活性化できるふるい分け機能と透過機能を備えた、切り替え可能な分子ふるいとして提案されています。^[167]

カーボンナノチューブは、機械メモリ素子（ Nantero Inc.が開発中のNRAM）やナノスケール電気モーター（ナノモーターまたはナノチューブナノモーターを参照）などのナノ電気機械システムに実装されています。

カルボキシル基修飾単層カーボンナノチューブ（いわゆるジグザグ型、アームチェア型）は、アルカリ金属Na、Li、Kの原子およびイオンのセンサーとして機能する。^[168] 2005年5月、ナノミックス社はシリコンプラットフォーム上にカーボンナノチューブを統合した水素センサーを市場に投入した。

マサチューセッツ州フランクリンのエイコス社とカリフォルニア州シリコンバレーのユニダイム社は、インジウムスズ酸化物（ITO）に代わる透明導電性カーボンナノチューブフィルムを開発している。カーボンナノチューブフィルムはITOフィルムよりも機械的に大幅に堅牢であるため、信頼性の高いタッチスクリーンやフレキシブルディスプレイに最適である。ITOに代わるこれらのフィルムの製造を可能にするために、印刷可能なカーボンナノチューブ水性インクが求められている。^{[169]ナノチューブフィルムは、コンピューター、携帯電話、} PDA、ATMのディスプレイへの使用が期待されている。

単一のナノチューブで構成された無線受信機であるナノラジオが 2007 年に実証されまし た。

引張応力や有毒ガスセンサーへの応用はツァガラキスによって提案された。^[170]

カーボンナノチューブ製のフライホイールは、真空中で浮遊する磁気軸上で超高速で回転し、従来の化石燃料に近い密度でエネルギーを貯蔵できる可能性があります。フライホイールへのエネルギーの供給と除去は電気という形で非常に効率的に行えるため、電気を貯蔵する方法が実現し、電力網の効率が向上し、変動電力供給者（風力タービンなど）がエネルギー需要を満たす上でより有用になる可能性があります。この実現可能性は、巨大で途切れないナノチューブ構造の製造コストと、ストレス下での故障率に大きく依存します。

カーボンナノチューブスプリングは、柔軟な充放電率と極めて高いサイクル耐久性を備え、リチウムイオン電池の 10 倍の密度で弾性位置エネルギーを無期限に蓄える可能性があります。

超短SWNT（USチューブ）は、体内でMRI造影剤を送達するためのナノスケールカプセルとして使用されている。^[171]

カーボンナノチューブは、無機および有機反応の金属フリー触媒として一定の可能性を秘めています。例えば、カーボンナノチューブの表面に付着した酸素基は、酸化脱水素反応^[172]または選択的酸化反応[ ^173]を触媒する可能性があります。窒素ドープカーボンナノチューブは、燃料電池で酸素を還元するために使用される白金触媒の代わりとなる可能性があります。垂直に整列したナノチューブの森は、1960年代からこのような用途で使用されてきた白金よりも効果的にアルカリ溶液中の酸素を還元できます。ここで、ナノチューブには一酸化炭素中毒にならないという追加の利点があります。^[174]

ウェイクフォレスト大学のエンジニアは、電界誘起ポリマー発光技術の明るさを高めるために多層カーボンナノチューブを使用しており、安全で快適な高効率照明の探求に一歩前進する可能性があります。この技術では、成形可能なポリマーマトリックスが電流にさらされると発光します。最終的には、小型蛍光灯の水銀蒸気や、概日リズムの乱れと関連付けられている一部の蛍光灯やLEDの青みがかった色合いのない高効率照明を生み出す可能性があります。^[175]

カンジダ・アルビカンスはカーボンナノチューブ（CNT）と組み合わせて使用​​され、温度感知素子として使用される安定した導電性バイオナノ複合組織材料を生産してきました。^[176]

SWNT製造会社OCSiAlは、複数の種類のゴムブレンドやタイヤに単層CNTを工業的に使用するためのマスターバッチシリーズを開発しました。初期の試験では、硬度、粘度、引張ひずみ抵抗、摩耗抵抗が向上し、伸びと圧縮が低減したことが示されました^[177]。タイヤでは、耐久性、燃費、牽引力の3つの主要特性がSWNTの使用によって向上しました。ゴムマスターバッチの開発は、ゴムがSWNTによる改善の候補であることを示した日本の産業技術総合研究所による以前の研究に基づいています。^[178]

MWNTをポリマーに導入すると難燃性が向上し、ポリマーの熱劣化が遅くなります。^[179]結果は、MWNTとアンモニウムポリリン酸の組み合わせが難燃性の向上に相乗効果を示すことを確認したものです。^[180]