第五章一維納米納米結(jié)構(gòu)單元ppt課件

1、 第五章第五章 一維納米構(gòu)造單元一維納米構(gòu)造單元 教學(xué)目的：了解什么是一維納米構(gòu)造單元教學(xué)目的：了解什么是一維納米構(gòu)造單元，了解一維納米構(gòu)造單元的主要類型。，了解一維納米構(gòu)造單元的主要類型。 重點(diǎn)內(nèi)容：重點(diǎn)內(nèi)容： 1、掌握根本概念、掌握根本概念 納米管、納米帶、納米電纜、一維納米資納米管、納米帶、納米電纜、一維納米資料。料。 2、富勒烯和納米碳管的構(gòu)造和性質(zhì)。、富勒烯和納米碳管的構(gòu)造和性質(zhì)。 3、富勒烯和納米碳管的制備方法。、富勒烯和納米碳管的制備方法。 難點(diǎn)內(nèi)容：富勒烯和納米碳管的制備方難點(diǎn)內(nèi)容：富勒烯和納米碳管的制備方法。法。 熟習(xí)內(nèi)容熟習(xí)內(nèi)容: 了解納米帶與碳納米管的性能差別。了解納米帶

2、與碳納米管的性能差別。 了解納米棒、納米絲和納米線之間的區(qū)別。了解納米棒、納米絲和納米線之間的區(qū)別。 知道什么是同軸納米線纜，什么是納米環(huán)；了知道什么是同軸納米線纜，什么是納米環(huán)；了解它們有哪些能夠的運(yùn)用。解它們有哪些能夠的運(yùn)用。 了解納米環(huán)的性質(zhì)與納米線和納米管的性質(zhì)的了解納米環(huán)的性質(zhì)與納米線和納米管的性質(zhì)的差別。差別。 富勒烯和納米碳管的發(fā)現(xiàn)史。富勒烯和納米碳管的發(fā)現(xiàn)史。 主要英文詞匯：主要英文詞匯： one-dimensional nanomaterials, nanorod, nanowire, nanotube, nanofiber, nanocable, nanospring，na

3、nobelt, nanoribbon. 眾所周知，碳有兩種同素異構(gòu)體：一種是金剛石；一種是石墨。無定型碳 C60的發(fā)現(xiàn)大大豐富了人們對(duì)碳的認(rèn)識(shí)，由C60嚴(yán)密堆垛組成了第三代碳晶體。5.1 原子團(tuán)簇原子團(tuán)簇C60及富勒烯及富勒烯fullerenes 1985年，Smalley與英國的Kroto等人在瑞斯(Rice)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室采用激光轟擊石墨靶，使石墨中的碳原子汽化，用氦氣流把氣態(tài)碳原子送入真空室。迅速冷卻后構(gòu)成碳原子簇，并用苯來搜集碳團(tuán)簇、用質(zhì)譜儀分析發(fā)現(xiàn)了由60個(gè)碳原子構(gòu)成的碳團(tuán)簇豐度最高，通稱為C60，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)C70等團(tuán)簇。新型碳基納米資料 C60buckminsterfullerene

4、)及富勒烯及富勒烯fullerene的發(fā)現(xiàn)和合成過程的發(fā)現(xiàn)和合成過程 英國薩塞克斯大學(xué)的波譜學(xué)家克羅托英國薩塞克斯大學(xué)的波譜學(xué)家克羅托H.W.Kroto在研討星際空間汽暗云中在研討星際空間汽暗云中富含碳的塵埃時(shí)，發(fā)現(xiàn)此塵埃中有氰基富含碳的塵埃時(shí)，發(fā)現(xiàn)此塵埃中有氰基聚炔分子聚炔分子HCnN，n15，克羅托很，克羅托很想研討該分子構(gòu)成的機(jī)制，但沒有相應(yīng)想研討該分子構(gòu)成的機(jī)制，但沒有相應(yīng)的儀器設(shè)備。的儀器設(shè)備。 1984年克羅托赴美參與在得克薩斯州舉行的學(xué)術(shù)會(huì)議，并到萊斯大學(xué)觀賞，經(jīng)該?；瘜W(xué)系系主任科爾R.F.Curl，Jr教授引見，認(rèn)識(shí)了研討原子簇化學(xué)的斯莫利R.E.Smally教授，觀看了斯莫利

5、和他的研討生用他們?cè)O(shè)計(jì)的激光超團(tuán)簇發(fā)生器，在氦氣中用激光使碳化硅變成蒸氣的實(shí)驗(yàn)，克羅托對(duì)這臺(tái)儀器非常感興趣。 克羅托想換上石墨靶，檢驗(yàn)斯莫利的這臺(tái)機(jī)器能否真的可以生生長鏈分子，測(cè)出它們的光譜。但開場(chǎng)斯莫利對(duì)此不感興趣 。 三位科學(xué)家有意協(xié)作并安排在1985年8月到9月間進(jìn)展協(xié)作研討。 1985年8月23日，在第二代團(tuán)簇束流發(fā)生器中第一次裝上了石墨靶。當(dāng)天，實(shí)驗(yàn)人員在觀測(cè)碳64的信號(hào)時(shí)，不測(cè)地發(fā)現(xiàn)碳60的信號(hào)明顯地超出了儀器的量程，經(jīng)測(cè)試，碳60的信號(hào)比相鄰的碳62信號(hào)高出大約20倍。 激光燒蝕法設(shè)備激光燒蝕法設(shè)備 Kroto 研討小組研討小組獲得的碳原子團(tuán)獲得的碳原子團(tuán)簇的質(zhì)譜圖簇的質(zhì)譜圖C6

6、0C70 C60具有什么樣的構(gòu)造呢？具有什么樣的構(gòu)造呢？ 金剛石和石墨是具有三維構(gòu)造的巨型分子，金剛石和石墨是具有三維構(gòu)造的巨型分子，C60和和C70是有固定碳原子數(shù)的有限分子，它是有固定碳原子數(shù)的有限分子，它們應(yīng)該具有不同的構(gòu)造。們應(yīng)該具有不同的構(gòu)造。 克羅托想起美國建筑師巴克明斯特克羅托想起美國建筑師巴克明斯特富勒富勒BuckminsterFuller為為1967年蒙特利爾世博會(huì)設(shè)年蒙特利爾世博會(huì)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)球主體建筑，由五邊形和六邊形構(gòu)成計(jì)的網(wǎng)絡(luò)球主體建筑，由五邊形和六邊形構(gòu)成的圓穹屋頂。的圓穹屋頂。 富勒曾對(duì)克羅托等人啟發(fā)說：富勒曾對(duì)克羅托等人啟發(fā)說：“C60分子能夠是分子能夠是球形多面

7、體構(gòu)造。球形多面體構(gòu)造。 在富勒的啟發(fā)下，克羅托、斯莫利和科爾用硬紙板剪成許多五邊形和六邊形，終于用12個(gè)五邊形、20個(gè)六邊形組成了一個(gè)中空的32面體，五邊形互不鄰接，而是與五個(gè)六邊形相接，每個(gè)六邊形又與3個(gè)六邊形和3個(gè)五邊形間隔相接，共有60個(gè)頂角，碳原子位于頂角上，是一個(gè)完美對(duì)稱的分子圖。 由于是在富勒的啟發(fā)下，他們?nèi)送茰y(cè)出了C60的球形構(gòu)造，因此1985年他們?cè)陔s志 上 發(fā) 表 文 章 時(shí) ， 特 意 給 C 6 0 取 名 為Buckminsterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡稱Fullerene即富勒烯，或用富勒的名字稱為Buckyball即巴基球。因C60酷似英式足球

8、，所以又稱為Soccerene，即足球烯。 究竟C60的構(gòu)造什么樣？是不是像他們?nèi)怂茰y(cè)的那樣？當(dāng)時(shí)用激光蒸發(fā)石墨只能得到極微量的C60，難以滿足構(gòu)造分析的需求。 為尋覓合成大量C60的方法，1990年，德國馬普核物理所的物理學(xué)家克列希默Kratschmer等用電弧法制得了毫克級(jí)的富勒烯，是以石墨作電極，在氦氣中通電，石墨電極蒸發(fā)為蒸汽，冷卻后得到含有510C60和C70混合物的煙灰，此煙灰可溶于苯或甲苯中，利用重結(jié)晶或液相色譜法將它們分別，得到純C60和C70。 經(jīng)紅外光譜，紫外可見光譜，電鏡掃描，粉末和晶體X射線衍射分析等方法對(duì)C60和C70進(jìn)展構(gòu)造分析，證明了克羅托等人的推理是完全正確

9、的-C60是球籠狀，C70是橄攬球籠狀圖。 由于克羅托、科爾、斯莫利三位科學(xué)家在富勒烯研討中的出色奉獻(xiàn)，他們共同榮獲了2019年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 研討結(jié)果發(fā)現(xiàn)研討結(jié)果發(fā)現(xiàn):C60是由是由60個(gè)碳原子陳列于一個(gè)截角個(gè)碳原子陳列于一個(gè)截角20面體的頂點(diǎn)上，構(gòu)面體的頂點(diǎn)上，構(gòu)成足球式的中空球形分子。成足球式的中空球形分子。換句話說，它是由換句話說，它是由32面體構(gòu)成，其中面體構(gòu)成，其中20個(gè)六邊形，個(gè)六邊形，12個(gè)五個(gè)五邊形，邊形，C60的直徑為的直徑為0.71 nm。中心有一個(gè)直徑約。中心有一個(gè)直徑約0.36 nm的空腔，幾乎可包容一切元素的陽離子。的空腔，幾乎可包容一切元素的陽離子。除除C60之

10、外，富勒烯家族還有之外，富勒烯家族還有C70, C76, C84, C90, C94等。等。3D display of single C60 molecules adsorbed on Si(111)7x7 surface STM image富勒烯的察看富勒烯的察看C60分子籠構(gòu)造的STM照片J. Hou et al. Nature Vol 409 18 January 2019中國科技大學(xué)侯建國教授指點(diǎn)的課題組將C60分子組裝在單層分子膜的外表，隔絕了金屬襯底的影響，在零下268度下，將分子熱運(yùn)動(dòng)凍結(jié)，利用掃描隧道顯微鏡STM在國際上初次“拍下了可以分辨碳碳單鍵和雙鍵的分子圖象。 1991年

11、4月，日本筑波的NEC公司飯島澄男(Iijima)等初次用高分辨透射電鏡察看到了多壁碳納米管(Mult，-Walled Carbon Nanotube)。這些碳納米管是多層同軸管，也叫巴基管(Bucky tube)。1993年又發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(Single-Walled Carbon Nanotube)。5.2 碳納米管碳納米管(carbon nanotube) 與 MWNTs相比，SWNTS是由單層圓柱型石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。 1970年，法國奧林大學(xué)Endo用氣相生長技術(shù)制成了直徑為7nm的碳纖維，但未進(jìn)展細(xì)致的表征。 幾乎同時(shí)，莫斯科化學(xué)物理

12、研討所的研討人員也獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了碳納米管和納米管束，但是這些碳納米管的縱橫比很小。 2019年，美國著名的諾貝爾獎(jiǎng)金獲得者斯莫利(Smalley)等合成了成行陳列的單壁碳納米管束(bundle)，每一束中含有許多碳納米管，這些碳納米管的直徑分布很窄。 我國中國科學(xué)院物理研討所解思深等人實(shí)現(xiàn)了碳納米管的定向生長，并勝利合成了超長(毫米級(jí))納米碳管。 新型碳基納米資料5.2 碳納米管碳納米管(carbon nanotube)一、合成碳納米管的方法一、合成碳納米管的方法Methods for Preparation of SWNTs電弧放電法電弧放電法 Arc-Charge Method (Iijim

13、a)激光燒蝕法激光燒蝕法 Laser Ablation Method (Smalley) 化學(xué)氣相堆積法化學(xué)氣相堆積法 Chemical Vapor Deposition Method 解思深解思深高壓高壓CO轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)換法 High-pressure CO conversion 工業(yè)已放大工業(yè)已放大 電弧放電法電弧放電法 該方法是在真空反響室中充以一定壓力該方法是在真空反響室中充以一定壓力的惰性氣體，采用面積較大的石墨棒的惰性氣體，采用面積較大的石墨棒直徑為直徑為20mm 作陰極，面積較小的作陰極，面積較小的石墨棒直徑為石墨棒直徑為10mm為陽極。在電弧為陽極。在電弧放電過程中，兩石墨電極間總

14、是堅(jiān)持放電過程中，兩石墨電極間總是堅(jiān)持1mm的間隙，陽極石墨棒不斷被耗費(fèi)，的間隙，陽極石墨棒不斷被耗費(fèi)，在陰極堆積出含有在陰極堆積出含有NTS、Fullerenes、石、石墨微粒、無定形碳和其他方式的碳微粒，墨微粒、無定形碳和其他方式的碳微粒，同時(shí)在電極室的壁上堆積有由同時(shí)在電極室的壁上堆積有由Fullerenes、無定形碳等碳微粒組成的煙灰無定形碳等碳微粒組成的煙灰Soot。 其關(guān)鍵工藝參數(shù)有： 電弧電流及電壓、惰性氣體種類及壓力、電極的冷卻速度等。 電弧電流普通為70200A、放電電壓2040V不等。 假設(shè)電弧電流低，有利于NTS生成，但電弧不穩(wěn)定；假設(shè)電弧電流高，NTS與碳的其他納米微粒

15、交融在一同，且無定形碳。石墨等雜質(zhì)增多，給其后的純化處置帶來困難。 惰性氣體普通用氦氣、氮?dú)?，其最正確壓力為66661Pa，如低于 13332Pa，那么幾乎無 NTs生成，即高氣壓低電流有利于生成納米碳管NTS。 開場(chǎng)時(shí)，陰極堆積物中NTS的含量僅為20左右，后來經(jīng)過不斷改良，陰極堆積物中NTS的含量可達(dá)60。 電弧法制備的普通都是MWNTS，且尺寸小(長度1um)，更重要的是陰極堆積物堆積時(shí)的溫度太高電弧能產(chǎn)生高達(dá)4000K的高溫，導(dǎo)致所制備的MWNTS的缺陷多，且與其他的副產(chǎn)物如無定形碳、納米微粒等雜質(zhì)燒結(jié)于一體，對(duì)隨后的分別和提純不利。 雖然石墨電弧法有些缺乏，但到目前為止它仍是制備MW

16、NTS的主要方法，由于電弧過程能很方便地產(chǎn)生制備NTS所需求的高溫。 催化電弧法催化電弧法 催化電弧法是在石墨電弧放電法的根底上開展催化電弧法是在石墨電弧放電法的根底上開展起來的，在陽極中以不同的方式摻雜不同的金起來的，在陽極中以不同的方式摻雜不同的金屬催化劑如屬催化劑如 Fe、Co、Ni、Y等，利用兩極等，利用兩極的弧光放電來制備納米碳管，其實(shí)驗(yàn)安裝與石的弧光放電來制備納米碳管，其實(shí)驗(yàn)安裝與石墨電弧法的根本一樣。墨電弧法的根本一樣。 催化電弧法主要是用來制備單壁納米碳管，也催化電弧法主要是用來制備單壁納米碳管，也是目前比較流行的制備方法，很有希望用此法是目前比較流行的制備方法，很有希望用此法

17、實(shí)現(xiàn)對(duì)單壁納米碳管的延續(xù)化、大批量的消費(fèi)。實(shí)現(xiàn)對(duì)單壁納米碳管的延續(xù)化、大批量的消費(fèi)。 激光燒蝕法 2019年，瑞斯大學(xué)Tans和Smalley等在1200度的爐中用激光蒸發(fā)碳靶，采用Co-Ni做催化劑獲得了有序單壁碳納米管束(bundle)，每一束中含有許多碳納米管。由流動(dòng)的Ar氣載入水冷的Cu搜集器。CNT - Fabrication - how toLaser Ablation or Pulsed Laser Vaporization (PLV) American Scientist 2019A laser is aimed at a block of graphite, vaporizi

18、ng the graphite.Contact with a cooled cooper collector causes the carbon atoms to be deposited in the form of nanotubes.The nanotube felt can then be harvested 電弧法和激光蒸發(fā)法是目前獲得高質(zhì)量碳納米管的主要方法。但存在一些問題： 首先，需求3000 oC以上的高溫將固態(tài)的碳源蒸發(fā)成碳原子，限制了碳管的產(chǎn)量。 其次，蒸發(fā)方法生長的碳管形狀高度糾纏，并與碳的其他存在方式及催化劑金屬元素相互雜糅。需求進(jìn)展提純。 CVD法 在20世紀(jì)70年代

19、初期，Baker等在采用金屬Fe、Co、Ni、Cr作為催化劑熱分解碳?xì)浠衔镆灾苽涮祭w維方面做過系統(tǒng)研討，其研討結(jié)果對(duì)利用催化分解碳?xì)浠衔镏苽銷TS是一種很好的提示并具參考價(jià)值。 制備NTS方法的典型安裝 在一平放的管式爐中放人作為反響器的石英管，將一瓷舟置于石英管中，瓷舟底部鋪上一層薄薄的采用浸漬法制備的負(fù)載在石墨粉或硅膠上的金屬催化劑或純金屬粉末催化劑。反響混合氣含2.510乙炔的氮?dú)庖砸欢ㄋ俾式?jīng)過催化床，溫度為 7731073K，反響時(shí)間由催化劑用量、混合氣流速和反響溫度而定，從幾非常鐘到幾個(gè)小時(shí)不等。 反響中所用的催化劑普通為負(fù)載在硅膠或分子篩或石墨上的鐵、鈷、鎳、銅、鉻或它們的合金

20、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果闡明，用鐵和鈷作催化劑時(shí)制備的NTs含量高、質(zhì)量好，尤其是鈷更好。CNT - Fabrication - how toChemical Vapor Deposition (CVD)Single-wall nanotubes are produced in a gas-phase process by catalytic disproportionation of CO on iron particles. Iron is in the form of iron pentacarbonyl. Adding 25% hydrogen increases the SWNT yield. T

21、he synthesis is performed at 1100 C at atmospheric pressure.Multi-wall nanotubes are grown in the same apparatus where the catalytic metal particles are supported on a substrate (Si wafers or the quartz furnace tube). Iron is deposited from iron pentacarbonyl or by electron beam sputtering while nan

22、otube growth is achieved by catalytic CVD from hydrocarbon molecules (acetylene, m e t h a n e ) o r f u l l e r e n e s a t temperatures between 750 and 1100 C. CNT - Fabrication - how toHigh-pressure CO conversion(HiPCO)Method is similar to CVD Carbon source is carbon monoxide Catalytic particles

23、are generated in-situ Thermal decomposition of iron pentacarbonyl in a reactor heated to 800 - 1200C High pressure to speed up the growth (10 atm) Bulk production of SWNTs. 五羰基鐵+CO 其他方法 模板法 (b) 醇熱法600 oC 錢逸泰 CH3CH2OH + Mg 2C+ MgO + 3H2Arc MethodLaser MethodCVD Method 碳管生長機(jī)理 CVD法生長溫度常為500-1000 oC，生長過

24、程中，過渡金屬(Fe、Ni、Co等)催化劑顆粒吸收和分解碳?xì)浠衔锏姆肿?，碳原子分散到催化劑的?nèi)部后構(gòu)成金屬-碳的固溶體，隨后，碳原子從過飽和的催化劑顆粒中析出，構(gòu)成納米管構(gòu)造。 通常一根碳管一端附有或包覆著催化劑顆粒，另一端為空心。Growth mechanism /pics.htmlVisualisation of a possible carbon nanotube growth mechanismAcid Based PurificationBefore Purification After Purification純化 4cm超長納米碳管SEM束狀陳列納米碳

25、管TEM束狀陳列納米碳管Estimated future global production of nanotubesglobal production 二、碳納米管的構(gòu)造二、碳納米管的構(gòu)造 高分辮透射電鏡證明：高分辮透射電鏡證明： 多壁碳納米管普通由幾個(gè)到幾十個(gè)多壁碳納米管普通由幾個(gè)到幾十個(gè)單壁碳納米管同軸構(gòu)成。單壁碳納米管同軸構(gòu)成。 管間距為管間距為0.34nm左右，這相當(dāng)于石左右，這相當(dāng)于石墨的墨的002面間距。面間距。 碳納米管的直徑為零點(diǎn)幾納米至幾碳納米管的直徑為零點(diǎn)幾納米至幾十納米，長度普通為幾十納米至微十納米，長度普通為幾十納米至微米級(jí)。米級(jí)。 每個(gè)單壁管側(cè)面由碳原子六邊形組每個(gè)

26、單壁管側(cè)面由碳原子六邊形組成，兩端由碳原子的五邊形封頂。成，兩端由碳原子的五邊形封頂。 根據(jù)管壁可以分為單壁碳納米管和根據(jù)管壁可以分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。多壁碳納米管。Schematic of a single-walled carbon nanotube (SWNT)Schematic of a multi-walled carbon nanotube (MWNT)NATURE, 1993NATURE, 1991STM Image 單壁碳納米管單壁碳納米管 存在三種類型的構(gòu)造：存在三種類型的構(gòu)造： 分別稱為單臂納米管、鋸齒形納米管和分別稱為單臂納米管、鋸齒形納米管和手性形納米管。手性

27、形納米管。 這些類型的碳納米管的構(gòu)成取決于碳原這些類型的碳納米管的構(gòu)成取決于碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷起來卷起來構(gòu)成圓筒形的。構(gòu)成圓筒形的。 手性矢量手性矢量Ch = na1+ ma2 a1和和a2為單位矢量，為單位矢量，n,m為整數(shù)，手性角為整數(shù)，手性角為手性矢量為手性矢量與與a1之間的夾角。之間的夾角。 通常用通常用(n,m) 表征碳管構(gòu)造；也可用直徑表征碳管構(gòu)造；也可用直徑dt和螺旋角和螺旋角表示。表示。 對(duì)于不同類型的碳納米管具有不同的對(duì)于不同類型的碳納米管具有不同的m,n值。值。 m=n, =30o, 單臂納米管。單臂納米管。Armchair n

28、或或m=0, =0o , 鋸齒形納米管。鋸齒形納米管。zigzag 處于處于0o 與與30o之間，手性納米管。之間，手性納米管。chiral)2/(3tan/)(3/12122nmmmnmnaCdccht二維石墨片的卷曲二維石墨片的卷曲a1a2手性矢量手性矢量Ch = na1+ ma2a a富勒烯、富勒烯、b b單臂納米管、單臂納米管、c c鋸齒形納米管和鋸齒形納米管和d d手性形納米管手性形納米管 三、碳納米管的性質(zhì)和運(yùn)用三、碳納米管的性質(zhì)和運(yùn)用 1. 電學(xué)性質(zhì)電學(xué)性質(zhì) 碳納米管的性質(zhì)劇烈依賴于直徑和手性，直徑碳納米管的性質(zhì)劇烈依賴于直徑和手性，直徑越小，電子的形狀與越小，電子的形狀與sp2

29、差別越大，表現(xiàn)的量差別越大，表現(xiàn)的量子效應(yīng)越明顯。子效應(yīng)越明顯。 美國美國C.T.White教授計(jì)算得出教授計(jì)算得出n-m=3qq為整為整數(shù)數(shù)), 碳管為金屬性。其他情況表現(xiàn)半導(dǎo)體性，碳管為金屬性。其他情況表現(xiàn)半導(dǎo)體性，并且禁帶寬度正比于碳管直徑的倒數(shù)。并且禁帶寬度正比于碳管直徑的倒數(shù)。 單臂納米管為金屬性，鋸齒形、手性碳管部分單臂納米管為金屬性，鋸齒形、手性碳管部分為金屬，部分為半導(dǎo)體性。為金屬，部分為半導(dǎo)體性。 隨著半導(dǎo)體納米管直徑添加，帶隙變小，在大隨著半導(dǎo)體納米管直徑添加，帶隙變小，在大直徑情況下，帶隙為零，呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。直徑情況下，帶隙為零，呈現(xiàn)金屬性質(zhì)。dEg1電子器件 Small

30、ey等人利用STM丈量出單個(gè)碳管的手性角，并丈量出電流-電壓曲線，測(cè)出帶隙Eg，部分Eg為0.50.6 eV，與估計(jì)的半導(dǎo)體納米管能隙0.5eV一致。 電流隨電壓呈梯形上升，電導(dǎo)高于Cu，在低溫4.2K下電導(dǎo)隨外加磁場(chǎng)的變化出現(xiàn)漲落景象。如圖 金屬性納米碳管-集成電路連線 半導(dǎo)體性納米碳管-納米電子開關(guān)和量子器件。 例如擠壓碳管。隨著偏壓隨著偏壓V的添加，電流呈臺(tái)階性添加。的添加，電流呈臺(tái)階性添加。 2. 碳納米管具有與金剛石一樣的熱導(dǎo)和獨(dú)特的力學(xué)性質(zhì)： 熱導(dǎo)在120 K以下隨溫度成平方關(guān)系，120 K以上趨于線性。常溫?zé)釋?dǎo)大約25WKcm (金剛石20)，比熱容在整個(gè)丈量溫區(qū)表現(xiàn)出良好的線性

31、。 碳納米管的強(qiáng)度比鋼高100多倍，楊氏模量估計(jì)可高達(dá)5 TPa， (丈量報(bào)道 1.280.59) 這是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的資料，而比重卻只需鋼的1/6，延伸率為百分之幾，具有好的可彎曲性，單壁納米碳管可接受改動(dòng)形變并可彎成小圓環(huán)，應(yīng)力卸除后可完全恢復(fù)到原來形狀；壓力不會(huì)導(dǎo)致碳納米管的斷裂。 用作復(fù)合資料的加強(qiáng)劑碳納米管的強(qiáng)度丈量碳納米管的強(qiáng)度丈量Mechanically Deformed Carbon Nanotubes具有極好的可彎折性具有極好的可彎折性030456090具有極好的可扭曲性具有極好的可扭曲性 3. 納米碳管在平面顯示器的運(yùn)用 直徑細(xì)小的碳納米管可以用來制造極細(xì)的電

32、子槍，在室溫及低于80伏的偏置電壓下，即可獲得0.11微安的發(fā)射電流。 開口碳納米管比封鎖碳納米管具有更好的場(chǎng)發(fā)射特性。 與目前的商用電子槍相比，碳納米管電子槍具有尺寸小、發(fā)射電壓低、發(fā)射密度大、穩(wěn)定性高、無需加熱和無需高真空等優(yōu)點(diǎn)，有望在新一代冷陰極平面顯示器中得到運(yùn)用。 Samsung早在早在2019年曾經(jīng)展現(xiàn)了年曾經(jīng)展現(xiàn)了4.5寸彩色的寸彩色的CNT-FED，事過多年不斷沒有見到產(chǎn)品上市，事過多年不斷沒有見到產(chǎn)品上市，聽說是聽說是CNT-FED的穩(wěn)定度問題不斷無法抑制的穩(wěn)定度問題不斷無法抑制所致。所致。 緣由：緣由： 一個(gè)是雖然納米碳管有非常好的場(chǎng)發(fā)射特性，一個(gè)是雖然納米碳管有非常好的場(chǎng)

33、發(fā)射特性，但是電流電場(chǎng)的關(guān)系圖極為峻峭，如下圖，但是電流電場(chǎng)的關(guān)系圖極為峻峭，如下圖，5%的電場(chǎng)強(qiáng)度變化會(huì)呵斥的電場(chǎng)強(qiáng)度變化會(huì)呵斥80%以上的電流變以上的電流變化?；?。 另一個(gè)是納米碳管場(chǎng)發(fā)射的穩(wěn)定性的問題，如另一個(gè)是納米碳管場(chǎng)發(fā)射的穩(wěn)定性的問題，如下圖，這種場(chǎng)發(fā)射的電流隨時(shí)間常有下圖，這種場(chǎng)發(fā)射的電流隨時(shí)間常有20%的大的大小變化，呵斥極大困擾。小變化，呵斥極大困擾。 4. 原子力顯微鏡針尖原子力顯微鏡針尖 優(yōu)點(diǎn)：納米級(jí)直徑，高的長徑比，高的機(jī)械柔優(yōu)點(diǎn)：納米級(jí)直徑，高的長徑比，高的機(jī)械柔軟性，電子特性確定。軟性，電子特性確定。 分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)展狹縫和深層次分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)展狹縫和深層次探測(cè)。探測(cè)。AFM Tips with CNT 5. 化學(xué)傳感器化學(xué)傳感器 由于碳納米管暴露在由于碳納米管暴露在NO2 和和NH3 時(shí)，電導(dǎo)發(fā)時(shí)，電導(dǎo)發(fā)生明顯的添加或減小，奠定了在氣體化學(xué)傳感生明顯的添加或減小，奠定了在氣體化學(xué)傳感器運(yùn)用的根底。器運(yùn)用的根