碳納米管簡(jiǎn)介PPT課件

1、碳納米管 簡(jiǎn)介 在1991年日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家飯島(Iijima)在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(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,這就是碳納米管 現(xiàn)在被稱作的“Carbon nanotube”，即碳納米管,又名巴基管第1頁(yè)/共21頁(yè) 碳納米管按照石墨烯片的層數(shù)分類可分為： 單壁碳納米管（ SWNT）多壁碳納米管（MWNT） 碳納米管依其結(jié)構(gòu)特征可以分為三種類型： A:扶椅式單壁碳納米管 B:鋸齒形單壁碳納米管 C:手性單壁碳納米管 D:螺旋狀碳納米管 第2頁(yè)/共21頁(yè)15 TPa，與石墨片層相當(dāng)(1.06TPa)， 比碳纖維高一

2、個(gè)數(shù)量級(jí)，約為鋼的100 倍， 而密度僅為鋼的1/6 10150GPa，石墨片層為36.5GPa，是 高強(qiáng)鋼的20倍拉伸形變至40無(wú)明顯脆性行為、塑性 形變和斷裂第3頁(yè)/共21頁(yè) d 6nm 導(dǎo)電性明顯下降 d 6nm 優(yōu)良的導(dǎo)電性 d 0.7 nm 表現(xiàn)出超導(dǎo)性 0.05 .m 10 m.mq 1010 1013 A/m2第4頁(yè)/共21頁(yè)真空環(huán)境可耐溫至2800oC，空氣中700oC理論值6000W.(m.K)-1；實(shí)驗(yàn)值3000W.(m.K)-1v 單根MWNT（直徑14nm）的熱導(dǎo)性測(cè)試結(jié)果 v 插圖為用于熱導(dǎo)性測(cè)試的微器件，標(biāo)尺為10m第5頁(yè)/共21頁(yè)第6頁(yè)/共21頁(yè)第7頁(yè)/共21頁(yè)第

3、8頁(yè)/共21頁(yè)第9頁(yè)/共21頁(yè)第10頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景第11頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景碳納米制造碳納米制造“太空電梯太空電梯”或許有一天我們會(huì)沿著超輕超強(qiáng)的碳納米管電纜，搭乘太空電梯上太空觀光旅行。第12頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩 在航天事業(yè)中，利用碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高的溫度而不會(huì)燒毀。第13頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景碳納米管“蜘蛛衣” 一教授計(jì)劃用一種名為碳納米管的超細(xì)纖維來(lái)制造“蜘蛛衣”，這種材料內(nèi)部中空。由于非常微小，它具有像壁虎剛毛一樣的吸附效果。壁虎、蜘蛛的腳上長(zhǎng)滿了細(xì)小的剛毛，能敏銳地尋找到各種固體表面的

4、細(xì)微凹凸并吸附在上面。第14頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景 蜘蛛蜘蛛衣衣”的吸附力取決于與固體表面接觸處的吸附力取決于與固體表面接觸處的碳納米管數(shù)量。這種材料的外部直徑只有幾的碳納米管數(shù)量。這種材料的外部直徑只有幾到幾十納米，相當(dāng)于頭到幾十納米，相當(dāng)于頭發(fā)絲的發(fā)絲的1/10萬(wàn)，因此一萬(wàn)，因此一片手掌大小的纖維中可容納數(shù)十億的碳納米管，片手掌大小的纖維中可容納數(shù)十億的碳納米管，由此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的由此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的200倍。倍。把一雙用這種材料制成、手掌面積為把一雙用這種材料制成、手掌面積為200平方平方厘米的高粘力手套粘在屋頂上，可以同時(shí)吊起厘米的高粘力手套粘在屋頂上，可以

5、同時(shí)吊起14個(gè)重量為個(gè)重量為83公斤的壯漢。公斤的壯漢。當(dāng)然，要移動(dòng)也很當(dāng)然，要移動(dòng)也很簡(jiǎn)單，只要沿著表面稍微上下左右挪動(dòng)一下，簡(jiǎn)單，只要沿著表面稍微上下左右挪動(dòng)一下，粘結(jié)處就會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)斷開。粘結(jié)處就會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)斷開。 這種這種高科技材料在科學(xué)方面有非常有趣的應(yīng)高科技材料在科學(xué)方面有非常有趣的應(yīng)用，像在太空中，艙外作業(yè)的宇航員就可以穿用，像在太空中，艙外作業(yè)的宇航員就可以穿上這種具有吸盤粘附功能的衣服。上這種具有吸盤粘附功能的衣服。 據(jù)據(jù)估計(jì)，估計(jì)，世界世界第一套第一套“蜘蛛衣蜘蛛衣”有望在有望在2017年前問世。年前問世。第15頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧碳納米管制成像紙一樣薄

6、的彈簧 莫斯科大學(xué)的研究人員為了弄清納米管的受壓強(qiáng)度，將少量納米管置于29Kpa的水壓下（相當(dāng)于水下18000千米深的壓力）做實(shí)驗(yàn)。不料未加到預(yù)定壓力的1/3，納米管就被壓扁了。他們馬上卸去壓力，它卻像彈簧一樣立即恢復(fù)了原來(lái)形狀。應(yīng)用：科學(xué)家得到啟發(fā)，發(fā)明了用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧，用作汽車或火車的減震裝置，可大大減輕車輛的重量。第16頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景 美國(guó)和巴西科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到拉伸或壓縮時(shí)，可以表現(xiàn)出一種超乎想象的力學(xué)性質(zhì)。這一成果有望為碳納米管帶來(lái)巨大的應(yīng)用前景，比如制造人工肌肉、傳感器等。 大多數(shù)材料在朝一個(gè)方向拉伸時(shí)，另一個(gè)方向就會(huì)變細(xì)變窄。這種

7、現(xiàn)象可以用泊松比(側(cè)向收縮比例與實(shí)際伸長(zhǎng)比例的比值)來(lái)定量描述。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的碳納米管薄層(也稱巴克紙)卻能夠在拉伸和均勻壓縮時(shí)，長(zhǎng)度和寬度同時(shí)增加。也就是說(shuō)這種材料具有負(fù)的泊松比。 碳納米管薄層具有獨(dú)特力學(xué)性質(zhì)第17頁(yè)/共21頁(yè)應(yīng)用前景因納米碳管既輕又強(qiáng)度極高，是鋼的10-100倍，用它來(lái)作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來(lái)疊去，又能抵御強(qiáng)大的子彈的沖擊力。第18頁(yè)/共21頁(yè)q 與10年前相比，碳納米管的價(jià)格有了顯著降低，但仍顯過(guò)高，特別是用于復(fù)合材料填 料時(shí)，與其它填料相比性價(jià)比偏高q 品質(zhì)和產(chǎn)量間存在矛盾，如CVD技術(shù)能用來(lái)大量生產(chǎn)碳管，但所得產(chǎn)品石墨化程度 低，缺陷多，性能不盡如人意q 無(wú)論采用何種生產(chǎn)工藝，所得產(chǎn)物均為碳管與雜質(zhì)的混合物，分離與提純是必要工藝q 采用目前生產(chǎn)技術(shù)制備的碳納米管無(wú)一例外的都是金屬型和半導(dǎo)體型的混合物，合成 選擇性較差q 優(yōu)化目前的生產(chǎn)、分離和提純工藝同