碳納米管介紹

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1、呂巖CarbonNanotubes碳納米管碳納米管簡(jiǎn)介及其分類碳納米管的性能碳納米管的制備方法碳納米管的應(yīng)用一.二.三.四.一.碳納米管簡(jiǎn)介又叫巴基管，碳的同素異形體由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無(wú)縫、中空納米管單壁碳納米管多壁碳納米管碳納米管的結(jié)構(gòu)與金剛石、石墨、富勒烯一樣，是碳的一種同素異形體。它是一種管狀的碳分子，管上每個(gè)碳原子采取sp2雜化，相互之間以碳-碳σ鍵結(jié)合起來(lái)。碳納米管材料構(gòu)http://www.ppthi-hoo.com碳納米管于1991年由日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島澄男首先發(fā)現(xiàn)。他在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧

2、設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是今天被廣泛關(guān)注的碳納米管。碳納米管的發(fā)現(xiàn)1.按形態(tài)分類實(shí)際制備的碳納米管的管身并不完全是平直或均勻的，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)各種結(jié)構(gòu)，如彎曲、分叉、螺旋等。這些結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)多是由于碳六邊形網(wǎng)格中引入了碳五邊形和碳七變形所致。碳五邊形引起正彎曲，碳七邊形引起負(fù)彎曲。碳納米管的分類變徑型洋蔥型海膽型竹節(jié)型念珠型紡錘型其他異型普通封口型螺旋型2.按層數(shù)分類1）單壁碳納米管（Single-wallednanotubes,SWNTs）：由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長(zhǎng)度分別為0.75～3nm和1～50μm。又稱富勒管

3、(Fullerenestubes)。2）多壁碳納米管（Multi-wallednanotubes,MWNTs）：為由不同直徑的單壁碳納米管套構(gòu)而成。形狀象個(gè)同軸電纜。其層數(shù)從2～50不等，層間距為0.34±0.01nm，與石墨層間距(0.34nm)相當(dāng)。多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和0.1～50μm。單壁碳納米管多壁碳納米管根據(jù)構(gòu)成單壁碳納米管的石墨層片的螺旋性，可以將單壁碳納米管分為：3.按手性分類非手性型（對(duì)稱）手性型（不對(duì)稱）扶手椅型鋸齒型124.按定向性分類定向碳納米管非定向碳納米管12二.碳納米管材料的性能碳納米管主要的性能可以從五個(gè)方面說(shuō)明力學(xué)性能其

4、他性能電學(xué)性能儲(chǔ)氫性能熱學(xué)性能碳納米管材料的性能力學(xué)性能金剛石是我們所知道的自然界中最為堅(jiān)硬的物質(zhì)。而作為金剛石的同素異形體，碳納米管具有良好的力學(xué)性能。硬度：碳-碳共價(jià)鍵是自然界中最穩(wěn)定的化學(xué)鍵，而碳納米管的強(qiáng)度接近于碳-碳鍵的強(qiáng)度，因此單壁碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa，楊氏模量與金剛石相當(dāng)，強(qiáng)度是鋼的100倍。碳納米管材料的性能力學(xué)性能彈性：與金剛石的三維結(jié)構(gòu)不同，碳納米管作為一維納米材料可彎可拉具有相當(dāng)好的彈性。實(shí)驗(yàn)表明碳納米管在拉升達(dá)原來(lái)長(zhǎng)度的136%時(shí)仍然可以恢復(fù)到原來(lái)的樣子。而且即使受到了很大的外加應(yīng)力，碳納米管也不會(huì)發(fā)生脆性斷裂。碳納米管材料的性能

5、電學(xué)性能碳納米管在電學(xué)性能上也有很大的發(fā)展空間。實(shí)驗(yàn)表明不同類型的碳納米管，導(dǎo)電性能也不相同，例如，單壁納米管總是金屬性的，手性形納米管中則部分為半導(dǎo)體性，部分為金屬性的。有報(bào)道說(shuō)Huang通過(guò)計(jì)算認(rèn)為直徑為0.7nm的碳納米管具有超導(dǎo)性，盡管其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有1.5×10-4K，但是預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。二.碳納米管材料的性能熱學(xué)性能碳納米管具有良好的傳熱性能，由于是一維材料，其在徑向上的導(dǎo)熱性能優(yōu)越，我們甚至可以在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管,使得復(fù)合材料的熱導(dǎo)率得到很大的改善。碳納米管材料的性能儲(chǔ)氫性能碳納米管具有比較大的表面積，且具有大量的微孔，其儲(chǔ)氫

6、量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)材料的儲(chǔ)氫量，因此被認(rèn)為是良好的存儲(chǔ)材料。其他性能碳納米管還具有光學(xué)和毛細(xì)，化學(xué)等其他良好的性能，也正是這些特性使得碳納米管成為許多新材料的基礎(chǔ)。CNTs的制備方法有多種，主要有：電弧法激光蒸發(fā)法化學(xué)氣相沉積法燃燒火焰法電解法通過(guò)各種外加能量，將碳源分解為原子或離子形式，然后在凝聚就可以得到這種碳的一維結(jié)構(gòu)。三.碳納米管的制備方法主要工藝：在真空容器中充滿一定壓力的惰性氣體或氫氣，以摻有催化劑(金屬鎳、鈷、鐵等)的石墨為電極，在電弧放電的過(guò)程中，兩石墨電極間總保持一定的間隙。陽(yáng)極石墨被蒸發(fā)消耗，同時(shí)在陰極石墨上沉積碳納米管，從而生產(chǎn)出碳納米管。1.電弧法（Ar

7、cDischargeMethods）優(yōu)缺點(diǎn)：電弧法的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快速,制得的碳納米管管直,結(jié)晶度高,但產(chǎn)量不高,陰極上除了碳納米管還沉積有富勒烯、石墨顆粒、無(wú)定形碳和其他形式的炭顆粒。而且由于電弧溫度高達(dá)3000～3700℃,形成的碳納米管會(huì)被燒結(jié)成一體,燒結(jié)成束,束中還存在很多非晶碳雜質(zhì),造成較多的缺陷。電弧法目前主要用于生產(chǎn)單壁碳納米管。選擇合適的催化劑組合與含量,是電弧法制備單壁碳納米管研究的主要方向之一。在一長(zhǎng)條石英管中間放置一根金屬催化劑/石墨混合的石墨靶，該管則置于一加熱爐內(nèi)。當(dāng)爐溫升至一定溫度時(shí)，將惰性