碳納米管論文

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1、碳納米管看及其產(chǎn)業(yè)化姓名：劉佳班級(jí)：化學(xué)二班學(xué)號(hào)：2008600213在1991年F1本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島（Iijima）在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備屮產(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，這就是現(xiàn)在被稱作的uCarbonnanotube”,即碳納米管，又名巴基管。1993年。S.Iijima等和DS。Bethune等同時(shí)報(bào)道了采用電弧法，在石墨電極中添加一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層管壁的碳納米管，即單壁碳納米管產(chǎn)物。1997年，AC.Dillon等報(bào)道了單壁碳納米管的中空管可儲(chǔ)存和穩(wěn)定氫分子，引起廣泛的關(guān)注。和關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究和

2、理論計(jì)算也相繼展開(kāi)。初步結(jié)呆表明：碳納米管自身重量輕，具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為儲(chǔ)存氫氣的優(yōu)良容器，儲(chǔ)存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣的密度還髙。適當(dāng)加熱，氫氣就可以慢慢釋放出來(lái)。研究人員正在試圖用碳納米管制作輕便的可攜帶式的儲(chǔ)氫容器。據(jù)推測(cè)，單壁碳納米管的儲(chǔ)氫量可達(dá)10%（質(zhì)量比）。此外，碳納米管還可以用來(lái)儲(chǔ)存甲烷等其他氣體。碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。近些年隨著碳納米管及納米材料研究的深入其廣闊的應(yīng)用前景也不斷地展現(xiàn)出來(lái)。結(jié)構(gòu)：碳納米管具有典型的層狀小空結(jié)構(gòu)特征，構(gòu)成碳納米管的層片Z間存在一定的夾角碳納米管的管身是準(zhǔn)圓管結(jié)構(gòu)，并且

3、大多數(shù)由五邊形截面所組成。管身由六邊形碳環(huán)微結(jié)構(gòu)單元組成，端帽部分由含五邊形的碳環(huán)組成的多邊形結(jié)構(gòu)，或者稱為多邊錐形多壁結(jié)構(gòu)。是一種具有特殊結(jié)構(gòu)（徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約為0.34nm,直徑一般為2?20nni。力學(xué)性能由于碳納米管屮碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化屮S軌道成分比較大，使碳納米管具有高模量、高強(qiáng)度。碳納米管具有良好的力學(xué)性能，CNTs抗拉強(qiáng)度達(dá)到50?200GPa,是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6,至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)

4、數(shù)量級(jí)；它的彈性模量可達(dá)lTPa,與金剛石的彈性模量相當(dāng)，約為鋼的5倍。對(duì)于具有理想結(jié)構(gòu)的單層壁的碳納米管，其抗拉強(qiáng)度約SOOGPao碳納米管是日前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。碳納米管的硬度與金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。碳納米管的長(zhǎng)徑比一般在1000:1以上，是理想的高強(qiáng)度纖維材料。莫斯科大學(xué)的研究人員曾將碳納米管置于1011MPa的水壓下（和當(dāng)于水下10000米深的壓強(qiáng)），由于巨大的壓力，碳納米管被壓扁。撤去壓力后，碳納米管像彈簧一樣立即恢復(fù)了形狀，表現(xiàn)出良好的韌性。這啟示人們可以利用碳納米管制造輕薄的彈簧，用在汽車、火車上作為減震裝置，能夠大大減輕重量。此外，碳納米管的熔

5、點(diǎn)是H前已知材料中最高的。導(dǎo)電性能碳納米管上碳原子的P電子形成大范I韋I的離域n鍵，由于共輒效應(yīng)顯著，碳納米管具有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能，由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當(dāng)CNTs的管徑大于6nm時(shí)，導(dǎo)電性能下降；當(dāng)管徑小于6nm時(shí)，CRTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量了導(dǎo)線。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1.5X10-4K,但是預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。常用矢量Ch表示碳納米管上原子排列的方向，其中Ch=nal+ma

6、2,為（n,m）oal和a2分別表示兩個(gè)基矢。（n,m）與碳納米管的導(dǎo)電性能密切相關(guān)。對(duì)于一個(gè)給定（n,m）的納米管，如果有2n+m二3q（q為整數(shù)），則這個(gè)方向上表現(xiàn)出金屬性，是良好的導(dǎo)體，否則表現(xiàn)為半導(dǎo)體。對(duì)于滬m的方向，碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率通?？蛇_(dá)銅的1萬(wàn)倍。傳熱性能碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常人的長(zhǎng)徑比，因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管，該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。其他性能碳納米管還具

7、有光學(xué)和儲(chǔ)氫等其他良好的性能，正是這些優(yōu)良的性質(zhì)使得碳納米管被認(rèn)為是理想的聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。制備：目前常川的碳納米管制備方法主要有：電弧放電法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法（碳軾氣體熱解法），固相熱解法、輝光放電法和氣體燃燒法等以及聚合反應(yīng)合成法。應(yīng)用前景氫氣被很多人視為未來(lái)的清潔能源。但是氫氣本身密度低，壓縮成液體儲(chǔ)存乂十分不方便。碳納米管自身重量輕，具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為儲(chǔ)存氫氣的優(yōu)良