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《碳納米管的結構、性能和應用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、碳納米管的制備、性質和應用摘要：綜述了碳納米管的研究進展，簡單地介紹了單層碳納米管和多層碳納米管的基本形貌、結構及其表征，列舉了幾種主要的制備方法以及特點，介紹了碳納米管優(yōu)異的物理化學性質，以及在各個領域中潛在的應用前景和商業(yè)開發(fā)價值。Abstract:thearticlereviewsthestudyprogressinnanotubes,andgivesabriefintroductiontosingle-layercarbonnanotubesandmulti-walledcarbonnanotubesoftheirmorphology,structureandcharac
2、terization.Atthesametime,thecommonlyusedwaysofpreparationandprinciplesaswellastheapplicationsandresearchprospectofcarbonnanotubesarealsopresented.Keywords:carbonnanotubes;preparation;application前言僅僅在十幾年前，人們一般認為碳的同素異形體只有兩種：石墨和金剛石。1985年，英國Sussex大學的Kroto教授和美國Rice大學的Smalley教授進行合作研究，用激光轟擊石墨靶嘗試用人工的
3、方法合成一些宇宙中的長碳鏈分子。在所得產物中他們意外發(fā)現(xiàn)了碳原子的一種新穎的排列方式，60個碳原子排列于一個截角二十面體的60個頂點，構成一個與現(xiàn)代足球形狀完全相同的中空球，這種直徑僅為0.7nm的球狀分子即被稱為碳60分子1-2。此即為碳晶體的第三種形式。1991年，碳晶體家族的又一新成員出現(xiàn)了，這就是碳納米管。日本NEC公司基礎研究實驗室的Iijima教授在給《Nature》雜志的信中宣布合成了這種一種新的碳結構3。這是繼C60之后發(fā)現(xiàn)的碳的又一同素異形體，是碳團簇領域的又一重大科研成果。碳納米管(CNTs)具有較大的長徑比和比表面積、較低的電阻和很高的化學穩(wěn)定性，同時又可吸
4、附適合其內徑的分子，在材料科學、微電子學、電化學領域中都有重要應用。1碳納米管的結構碳原子sp2雜化形成關閉或開放的蜂巢狀原子排列，卷曲產生管狀的碳結構。CNTs的直徑為零點幾納米至幾十納米，每個單壁管側面由碳原子的六邊形組成，長度一般為幾十納米至微米級，兩端由碳原子的五邊形封頂，單壁碳納米管(SWNTs)存在3種類型的結構，分別為單壁納米管(Armchairnanotubes)、鋸齒型納米管(Zigzagnanotubes)和手性型納米管(Chiralnanotubes)，見圖14。多層碳納米管一般有幾個到幾十個SWNT同軸構成，管間距為0.34nm左右，這相當于石墨的{000
5、2}面間距，直徑約為1nm，長徑比大。圖1 3種類型的碳納米管CNTs的性能由它們的直徑和手性角θ來確定，而這兩個參數(shù)又取決于兩個整數(shù)n和m值，Ch=na1+ma2，a1和a2為CNTs一個單胞的單位矢量。手性矢量形成了納米管圓形橫截面的圓周，不同的m和n值導致了不同的納米管結構1,5。2碳納米管的制備CNTs的傳統(tǒng)制備方法，主要有電弧放電法、化學氣相沉積法、激光蒸發(fā)法。2.1電弧放電法主要工藝是：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，在電弧放電的過程中，陽極石墨被蒸發(fā)消耗，同時在陰極石墨上沉積碳納米管，從而生產出碳納米管。此法特
6、點：生長快速，工藝參數(shù)較易控制，但生長溫度相對較高，制備裝置相對復雜，純度和產率都較低，不適合在基片的表面直接生長定向碳納米管，不宜批量生產。2.2化學氣相沉積法化學氣相沉積法是在600~1000℃的溫度及催化劑的作用下，使有機氣體原料分解提供碳源來制備碳材料的一種方法。早在20世紀50~80年代，用此方法制備碳纖維曾做了大量的工作。1993年M.Endo利用此法，采用熱分解苯蒸氣成功地制備了尺寸各異的碳納米管6。S.Amelinckx采用金屬催化熱解乙炔的方法制備了形態(tài)奇特的碳納米管7-8。化學氣相沉積法具有反應過程易于控制，裝置易于設計，所用原料成本低等優(yōu)越性。用此法制備出來
7、的碳納米管可以有多樣化的形貌，也可以控制得到直徑尺寸均勻甚至取向一致的碳納米管。但是，由于反應溫度過低，制得的碳納米管的石墨化程度較差，有很多的缺陷，特別是制備過程中引入了催化劑顆粒，最終附著或包覆在碳納米管之中(通常在端部)難以去除，為碳納米管的諸多性質的表征和進一步的應用帶來了困難。2.3激光蒸發(fā)法激光蒸發(fā)法的原理是某一溫度下利用等離子體或激光照射含催化劑的石墨靶，所形成的氣態(tài)碳和催化劑顆粒被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū)，在催化劑的作用下生長成碳納米管。其一般工藝過程為在1200℃
