納米碳管的特性及其應(yīng)用

1、會計學1納米碳管的特性及其應(yīng)用納米碳管的特性及其應(yīng)用金剛石石墨富勒烯碳納米管瑞士洛桑聯(lián)邦綜合工科大學的D.Ugarte等1857年，法拉第制備出金納米顆粒(1)碳納米管碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫、中空的管體，一般可分為單壁碳納米管、多壁碳納米管。(2)納米碳纖維納米碳纖維是由碳組成的長鏈。其直徑約50-200nm，亦即納米碳纖維的直徑介于納米碳管（小于100 nm）和氣相生長碳纖維之間。(3)碳球根據(jù)尺寸大小將碳球分為：(1)富勒烯族系Cn和洋蔥碳(具有封閉的石墨層結(jié)構(gòu)，直徑在220nm之間)，如C60，C70等；(2) 納米碳粉。(4)石墨烯石墨烯（graphene）是由單

2、層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，是構(gòu)建其它維度碳質(zhì)材料的基本單元。C C6060 （零維）（零維）碳納米管碳納米管 （一維）（一維）金剛石金剛石 （三維）（三維）石墨石墨 （二維）（二維）石墨烯碳納米管化學紀事 “納米豆腐的世界納米豆腐的世界” 日本電鏡學家S. Iijima在Iijima的發(fā)現(xiàn)前后及時地預(yù)言了這種新的碳結(jié)構(gòu)的各種性質(zhì)，同時預(yù)言了單壁管的存在。她對碳納米管結(jié)構(gòu)的完整理解走在了世界的最前面 在制備C60的沉積物中發(fā)現(xiàn)納米管揭開了CNTs研究的序幕美國物理學家 Mildred S. Dresselhaus96年諾貝爾獎?wù)逺ichard E. Smalley發(fā)展

3、了一種大量制備碳納米管的方法激光脈沖法(laser ablation)，并制造出了大批高質(zhì)量的單壁納米管，還組建了納米管生產(chǎn)公司 碳納米管碳納米管對納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻按照石墨烯片的層數(shù)，可分為：按照石墨烯片的層數(shù)，可分為： 1) 1)單壁碳納米管單壁碳納米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長度分別為 0.753nm和150m。又稱富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳納米管多壁碳納米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）： 含有多層石墨烯片。形狀象個同軸電纜。

4、其層數(shù)從 250不等，層間距為0.340.01nm，與石墨層間距 (0.34nm)相當。多壁管的典型直徑和長度分別為230 nm和 0.150m。 單壁碳納米管多壁碳納米管提高純度、增加產(chǎn)率基本原理：基本原理： 電弧室充惰性氣體保護，兩石墨棒電極靠近，拉起電弧，再拉開，以保持電弧穩(wěn)定。放電過程中陽極溫度相對陰極較高，所以陽極石墨棒不斷被消耗，同時在石墨陰極上沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物。 理想的工藝條件：氦氣為載氣，氣壓 6050Pa，電流60A100A，電壓19V25 V，電極間距1 mm4mm，產(chǎn)率50。Iijima等生產(chǎn)出了半徑約1 nm的單層碳管。電弧區(qū)溫度非常高，碳納米管缺陷較多電弧區(qū)溫

5、度非常高，碳納米管缺陷較多化學氣相沉積（CVD）法能大規(guī)模制備、但雜質(zhì)較多需后續(xù)處理能大規(guī)模制備、但雜質(zhì)較多需后續(xù)處理制備條件非常寬松激光蒸發(fā)制備碳納米管示意圖激光脈沖時間間隔 （間隔越短，產(chǎn)率越高）激光脈沖功率（功率，直徑）碳納米管直徑可控、純度高連續(xù)提供表面新鮮的催化劑，區(qū)別于CVD碳納米管制備方法評價的標準碳納米管制備方法評價的標準純度高、成本低管徑均勻且結(jié)構(gòu)可控連續(xù)批量生產(chǎn)石墨電弧放電法化學氣相沉積法激光蒸發(fā)法五 碳納米管的物理化學性質(zhì)5.1 單壁碳納米管的性能 超長單壁碳納米管細絲(直徑50500 nm) 在90300K間，電阻率=57/m 碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具

6、有很好的電學性能。 理論預(yù)測其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當CNTs的管徑較大時，導(dǎo)電性能下降；當管徑小于某一值時，CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。 碳納米管的抗拉強度達到50200GPa, 是最強的纖維，在強度與重量之比方面，這種纖維是最理想的。 天梯材料的唯一選擇5萬個納米管并排起來才有人的一根頭發(fā)那么寬 一維碳納米管具有非常大的長徑比，雖然在管軸平行方向的熱交換性能很高，但在其垂直方向的熱交換性能較低。 因而大量熱是沿著長度方向傳遞的，通過適當排列碳納米管，可以合成可以合成熱熱高各高各向異性材料向異性材料。 納米管的橫向尺寸比多數(shù)在室溫至150oC電介質(zhì)的晶格振

7、動波長大一個量級，這使得彌散的納米管在散布聲子界面的形成中是有效的，同時降低了導(dǎo)熱性能。定向納米碳管的場發(fā)射特性 碳納米管具有優(yōu)良的場致發(fā)射特性（其中包括FED對陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點密度），尤為適于制作新型平板顯示器。 使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡單，可靠性高的特點，可以用來制作點陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。室溫下碳納米管的儲氫量 H2物理儲氫由單壁碳納米管和多壁碳納米管混以銅粉或金粉制成電極，可進行恒流充放電儲氫碳納米管復(fù)合材料合成的可行性氣體通過碳納米管的擴散速度為通過常規(guī)催化劑顆粒的上千倍,擔載催化劑后極大提高催化劑的活性和選擇

8、性。分子感應(yīng)器 由于碳納米管暴露在NO2 和NH3 時，電導(dǎo)發(fā)生明顯的增加或減小，因而可用在氣體化學傳感器方面。優(yōu)點：具有響應(yīng)速度快，靈敏度高（較常規(guī)高1000倍），重現(xiàn)性好，室溫操作等。解決目前水質(zhì)重金屬污染問題 對碳納米管的端部有選擇性地進行化學修飾，可以進一步拓展AFM的應(yīng)用范圍。 Hafner J H在室溫下能夠清晰的觀測到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。電池的容量是一般充電電池的三倍大幅度延長使用壽命重量大大降低手機電池筆記本電腦電池數(shù)碼相機電池潛在應(yīng)用美國加利福尼亞大學羅伯特哈頓博士及其同事發(fā)現(xiàn)，碳納米管是骨組織生長的理想基體。 如果一根納米管位于另一根稍微大一點的納米管之中，那么由于靜電、

9、范德華力和毛細力的作用，內(nèi)部管就會隨著外部管“流動”。當電流通過納米管的時候就會使內(nèi)部管被推著在外部管中進出。這種壓縮動作可以使內(nèi)部管與電極連接或斷開，從而最終產(chǎn)生使用二進制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。 基本上分為兩大類：一類是藥物/基因輸送；另一類便是生物分子/體系檢測。 CNTs應(yīng)用應(yīng)用應(yīng)用最為廣泛的一種新型材料應(yīng)用最為廣泛的一種新型材料1）共價功能化 A：端口功能化 B：側(cè)壁功能化2）非共價功能化 C： 表面活化劑功能化 D： 聚合物功能化 E： 內(nèi)腔功能化資料來源于網(wǎng)絡(luò)，向原作者們致謝資料來源于網(wǎng)絡(luò)，向原作者們致謝！碳納米管化學紀事 “納米豆腐的世界納米豆腐的世界” 日本電鏡

10、學家S. Iijima在Iijima的發(fā)現(xiàn)前后及時地預(yù)言了這種新的碳結(jié)構(gòu)的各種性質(zhì)，同時預(yù)言了單壁管的存在。她對碳納米管結(jié)構(gòu)的完整理解走在了世界的最前面 在制備C60的沉積物中發(fā)現(xiàn)納米管揭開了CNTs研究的序幕美國物理學家 Mildred S. Dresselhaus96年諾貝爾獎?wù)逺ichard E. Smalley發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法激光脈沖法(laser ablation)，并制造出了大批高質(zhì)量的單壁納米管，還組建了納米管生產(chǎn)公司 碳納米管碳納米管對納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻提高純度、增加產(chǎn)率定向納米碳管的場發(fā)射特性 碳納米管具有優(yōu)良的場致發(fā)射特性（其中包括FED對陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點密度），尤為適于制作新型平板顯示器。 使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡單，可靠性高的特點，可以用來制作點陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。氣體通過碳納米管的擴散速度