第三章 一維納米結(jié)構(gòu)單元

第三章一維納米的結(jié)構(gòu)單元3.1碳納米管3.2納米線、納米棒和納米帶2023/2/122023/2/13NanotubeCovers2023/2/14§3.1碳納米管(carbonnanotube)

1991年4月，日本筑波的NEC公司飯島澄男(Iijima)等首次用高分辨透射電鏡觀察到了多壁碳納米管(Mult-WalledCarbonNanotube)。這些碳納米管是多層同軸管，也叫巴基管(Buckytube)。1993年又發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(Single-WalledCarbonNanotube)1996年，美國著名的諾貝爾獎金獲得者斯莫利(Smalley)等合成了成行排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。2023/2/15新型碳基納米材料2023/2/16一.碳納米管結(jié)構(gòu)理想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。石墨烯的片層一般可以從一層到上百層，含有一層石墨烯片層的稱為單壁碳納米管，多于一層的稱為多壁碳納米管。

每個單壁管側(cè)面由碳原子六邊形組成，兩端由碳原子的五邊形封頂。

2023/2/17Schematicofasingle-walledcarbonnanotube(SWNT)Schematicofamulti-walledcarbonnanotube(MWNT)2023/2/18STMImage2023/2/19按截面邊緣形狀來區(qū)分，單壁碳納米管存在三種類型的結(jié)構(gòu)：分別稱為單臂納米管、鋸齒形納米管和手性形納米管。這些類型的碳納米管的形成取決于碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷起來”形成圓筒形的。2023/2/110手性矢量Ch=na1+ma2a1和a2為單位矢量，n,m為整數(shù)，手性角θ為手性矢量與a1之間的夾角。通常用(n,m)表征碳管結(jié)構(gòu)；也可用直徑dt和螺旋角θ表示。對于不同類型的碳納米管具有不同的m,n值。m=n,θ=30o,單臂納米管。Armchairn或m=0,θ=0o,鋸齒形納米管。zigzagθ處于0o

與30o之間，手性納米管。chiral2023/2/111二維石墨片的卷曲a1a2手性矢量Ch=na1+ma22023/2/112a富勒烯、b單臂納米管、c鋸齒形納米管和d手性形納米管2023/2/113SWCNT（SingleWalledCarbonNanotube）單壁納米管的直徑一般為1-6nm，最小直徑大約為0.5nm；但SWCNT的直徑大于6nm以后特別不穩(wěn)定，會發(fā)生塌陷，其長度可達(dá)到幾百納米到幾個納米。MWCNT（Multi－WalledCarbonNanotube）層間距約0.34nm,直徑在零點(diǎn)幾納米到幾十納米，長度一般為納米至微米級，最長者可達(dá)到數(shù)毫米。長度一般為納米至微米級，最長者可達(dá)到數(shù)毫米。碳納米管具有較大的長徑比，可把其看成準(zhǔn)一維納米材料

2023/2/114二.碳納米管的合成1.碳納米管的合成方法碳納米管常見合成工藝有電弧法、催化裂解法、和激光蒸汽法等。（1）電弧放電法通常是惰性氣氛下，相距幾毫米的石墨是在強(qiáng)電流的作用下產(chǎn)生電弧放電，消耗陽極，在陰極表面形成沉積物。同時(shí)陰極需要進(jìn)行冷卻處理以防止碳管因燒結(jié)等出現(xiàn)過多缺陷。惰性氣氛一般為氦氣、氨氣等。由于電弧法裝置簡單，易于組建，許多學(xué)者采用電弧法制備碳納米管。EbbesenTW等用氦氣(壓力為6.7×10-2MPa)為緩沖氣體，使碳納米管的生產(chǎn)達(dá)克量級，且碳納米管純度較高。M．Wang等通過改變陽極、保護(hù)氣氛(He／CH4)等實(shí)驗(yàn)條件，制得了大量細(xì)而長的納米碳管2023/2/115

在石墨電弧放電制備碳納米管的基礎(chǔ)上，發(fā)展了催化電弧法即在陽極中摻雜金屬催化劑，如Fe、Co、Ni等，利用兩極弧光放電來制備碳納米管，催化電弧法設(shè)備與石墨電弧法基本相同，催化電弧法有望實(shí)現(xiàn)單壁納米碳管的批量、連續(xù)化生產(chǎn)，因此目前較為流行。

1997年，C．Journet等采用Ni和Y為聯(lián)合催化劑，在氦氣下進(jìn)行放電，實(shí)現(xiàn)了單臂納米碳管的大量制備。值得一提的是，成會明等采用自行研制的裝置，將Fe、Co、Ni聯(lián)合催化劑與石墨粉、生長促進(jìn)劑等均勻混合，在氫氣氣氛下(1.3×10-2MPa-5.3×10-2MPa)直流放電，實(shí)現(xiàn)了單臂納米碳管的半連續(xù)大量(2g／h)制備，應(yīng)用氫電弧放電制備的碳納米管產(chǎn)量大、純度高、碳管直徑大。2023/2/116（2）催化裂解法是以Fe、Co、Ni等金屬為催化劑，從碳?xì)浠衔锪呀猱a(chǎn)生自由碳原子而生成碳納米管的方法，其機(jī)理為：高溫下碳?xì)浠衔镌诖呋瘎┪⒘１砻鏌岱纸獬鎏荚樱荚釉诮饘傥⒘Ｖ袛U(kuò)散，最終在催化劑微粒另一面釋放出，形成碳納米管。催化裂解法因制備的碳納米管純度高、尺寸分布均勻且有望實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)而為人們廣泛研究，并取得了很大進(jìn)展。然而，以上所說的碳納米管的“大量”或“批量”生產(chǎn)是相對的，充其量為幾克／小時(shí)，對碳納米管的研究仍處于基礎(chǔ)研究和實(shí)驗(yàn)室階段，而較高的成本是制約其實(shí)際應(yīng)用的主要因素。但隨著各種制備方法的進(jìn)展與突破，有望實(shí)現(xiàn)碳納米管真正意義上的批量、連續(xù)化生產(chǎn)。2023/2/117（3）激光蒸汽法是采用激光刻蝕高溫爐中的石墨靶子，碳納米管就存在于惰性氣體夾帶的石墨蒸發(fā)產(chǎn)物中。該方法用于制備一些特殊結(jié)構(gòu)的碳納米管。2.碳納米管的生長機(jī)理

目前研究碳納米管生長機(jī)理的方法主要有兩種：一是根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到碳納米管的結(jié)構(gòu)特征，提出能解釋其形成過程的機(jī)理；二是使用分子反應(yīng)動力學(xué)原理，模擬CNT的微觀生長歷程。CNT的生長機(jī)理是個極其復(fù)雜的問題，制備工藝不同，其生長過程和機(jī)理也不相同，因此不同的研究者根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法和結(jié)果提出了不同的生長機(jī)理模型。2023/2/118（1）電弧法制備碳納米管的生長機(jī)理模型①封閉生長機(jī)理

Endo等認(rèn)為，碳納米管的在生長過程中始終保持兩端封閉，其生長是通過來自等粒子體中碳原子簇插入反應(yīng)活性較高的兩封閉端，即C－2可以插入六元環(huán)二產(chǎn)生兩個相鄰五元環(huán)。然后五元環(huán)在石墨網(wǎng)中擴(kuò)散，發(fā)生結(jié)構(gòu)重排而形成更加穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。封閉生長機(jī)理可以成功地解釋單壁管的生長過程，但不能解釋多壁管的生長和結(jié)構(gòu)。因?yàn)榧热惶荚哟乇仨殢耐鈱訑U(kuò)散到內(nèi)層，其生長速率不可能相同，內(nèi)層和外層的長度也就不可能相同。2023/2/119②開口生長機(jī)理

Iijima

依據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得開口的碳納米管，提出了開口生長機(jī)理，他認(rèn)為碳管在生長過程中始終保持開口，開口處有較高反應(yīng)活性的懸空鍵（不飽和鍵），吸附等離子體中的碳原子從而生長，內(nèi)外層管以同樣速率生長。該生長機(jī)理能解釋通過TEM觀察到的所有碳納米管的結(jié)構(gòu)特征，可以成功地解釋碳納米管的螺旋性。③電場誘導(dǎo)生長機(jī)理

Smalley認(rèn)為，在電弧放電條件下，兩電極空間起屏蔽輻射，其溫度很高，蒸發(fā)石墨電極而形成自由碳原子，在溫度低的陰極表面上沉積。陰極表面較高的電壓降產(chǎn)生的電場對碳管的開口生長其穩(wěn)定作用并誘導(dǎo)碳納米管生長。Satio

等認(rèn)為，電場的靜電引力是碳納米管生長的原因，在電場力作用下，液態(tài)的小微粒呈橢圓形，并沿著電場作用方向生長。2023/2/120（2）催化裂解法制備碳納米管的生長機(jī)理關(guān)于催化裂解法制備碳納米管的生長機(jī)理，目前普遍的觀點(diǎn)認(rèn)為CNT的生長分為兩個步驟：首先吸附在催化劑的碳?xì)浞肿恿呀猱a(chǎn)生碳原子，然后碳原子通過擴(kuò)散到催化劑另一面沉積形成CNT。根據(jù)具體生長方式不同，科學(xué)家提出各種生長機(jī)理。①頂部生長機(jī)理首先假定催化劑粒子是球形或者梨形的，在這種情況下沉積將僅在催化劑的一半表面上進(jìn)行，由于存在濃度梯度，碳原子會擴(kuò)散，從而在催化劑粒子的中垂直徑兩邊沉淀。而不在催化劑粒子的底端沉淀，這就解釋了碳納米管為什么是中空結(jié)構(gòu)。2023/2/121②底部生長機(jī)理碳原子從碳管的底部擴(kuò)散進(jìn)入石墨層網(wǎng)絡(luò)，擠壓而形成CNT，底部生長機(jī)理最主要的特征是：碳管一端與催化劑微粒相連，另一端是不含有金屬微粒的封閉。2023/2/122③碳帽機(jī)理納米微粒的表面能在形成“碳帽”結(jié)構(gòu)中起重要作用：由于催化劑納米微粒的直徑只有幾個納米，其表面原子占有很大的比率，產(chǎn)生較大的表面能，使得過量的碳在催化劑表面上沉積形成碳帽。碳帽的邊緣化學(xué)吸附在催化劑粒子上，平面的石墨層的表面能很低，這樣大大降低了催化劑能量。SWCNT和MWCNT的生長均是開始于催化劑表面上的“碳帽”結(jié)構(gòu)。2023/2/123

MWCNT是這樣生長的：通過在原來的碳帽下面形成新的碳帽，然后由碳帽長出新的圓筒管，原來的碳帽則被提升并且其開口端仍吸附在催化劑微粒上。最初的表面層可能沿著微粒繼續(xù)生長，這會覆蓋整個催化劑微粒使其失去催化活性，于是MWCNT停止生長。目前，生長機(jī)理研究基本上是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所獲得的碳納米管的結(jié)構(gòu)特征推測其生長過程。因此這方面的研究尚處于初步階段。為了深入研究CNT的生長過程，應(yīng)采用先進(jìn)的分子動力學(xué)研究方法和研究手段如分子束技術(shù)、飛秒技術(shù)等，以便在分子水平上研究CNT的生長過程。2023/2/124三、碳納米管的純化

碳納米管一般通過電弧法、激光蒸發(fā)法、催化裂解法制備，然而用這些方法制的的產(chǎn)物除含有碳納米管外，還含有無定形碳以及反應(yīng)中所用的催化劑顆粒等雜質(zhì)。這些不純物的存在，嚴(yán)重影響了碳納米管的性能及其實(shí)際應(yīng)用，因此必須要研究碳納米管的純化。

碳納米管的純化方法大致可分為物理法和化學(xué)法。物理法主要根據(jù)碳納米管與雜質(zhì)物理性質(zhì)的不同而將其相互分離?；瘜W(xué)法主要利用碳納米管和碳納米微粒、無定形碳等雜志的氧化速率不同，通過碳納米管試樣與氧化性物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)以除去雜質(zhì)。

2023/2/1251.物理法純化多壁碳納米管凝膠滲透色譜法

與其他液相色譜法不同，它是基于試樣分子的尺度和形狀的不同來實(shí)現(xiàn)分離。凝膠色譜的填充劑是凝膠，它是一種表面惰性、含有許多不同尺寸孔穴或立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。所選凝膠的孔穴應(yīng)與被分離試樣相當(dāng)。對于那些太大的分子（如碳納米管），由于不能進(jìn)入空穴而被排斥，故隨流動相移動而最先流出。小分子則完全相反，它能深入大大小小的空隙而完全不受排斥，最后流出。中等大小的分子在介于上述兩種情況之間流出。由于無定形碳等雜質(zhì)的尺寸在小分子和中等大小分子范圍之內(nèi)，故該法可有效地將碳納米管提純。2023/2/1262.化學(xué)法純化多壁碳納米管多壁碳納米管原始樣品中的富勒烯和無定形碳可在空氣中被氧化，分別在693K和858K出現(xiàn)最大失重，而多壁碳納米管在963K左右才快速失重，說明其碳結(jié)構(gòu)更抗氧化。因此可通過氧化工藝可以同時(shí)出去雜質(zhì)和帶缺陷的多壁碳納米管，從而提純。（1）氣相氧化法：

Ajayan等將電弧法制備的混合物在空氣中加熱到700oC以上時(shí)發(fā)生重量損失，當(dāng)樣品損失率達(dá)到99%以上時(shí)，殘留的樣品基本上全部是碳納米管。此法的提純收率極低，其原因是：碳納米顆粒、無定形碳、富勒烯簇與碳納米管交織在一起，而且這些雜質(zhì)和碳納米管與空氣反應(yīng)的選擇性較差。2023/2/127(2)液相氧化法將碳納米管粗品分散于具有較強(qiáng)氧化性的濃酸或其它化學(xué)溶液，如高錳酸鉀、重鉻酸鉀、雙氧水等中回流。

Tsang將電弧放電法制備的陰極沉積物放入65%的濃硝酸中，在140℃下加熱回流4~5h，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有2%的重量損失。這說明碳納米管的封口被氧化而打開，碳納米顆粒具有和碳納米管封口相似的結(jié)構(gòu)也會被破壞。

2023/2/128與氣相氧化法相比，液相氧化法氧化均勻、溫度較低、碳納米管損失小的優(yōu)點(diǎn)。但此法會使碳納米管的管壁會變薄，這主要是碳納米管外層的缺陷造成的；同時(shí)也會改變碳納米管的表面結(jié)構(gòu)，使碳納米管表面產(chǎn)生許多官能團(tuán)(如羧基、醛基、酯基等)。這一點(diǎn)對碳納米管在電學(xué)、力學(xué)等方面的應(yīng)用是不利的，但是對碳納米管在化學(xué)領(lǐng)域，尤其在催化的領(lǐng)域是十分有利的，有利于金屬對其進(jìn)行表面修飾。2023/2/129(3)固相氧化法固相氧化法是采用固體氧化劑除去碳納米管中雜質(zhì)的方法。其原理是某些金屬氧化物可以和碳發(fā)生氧化反應(yīng)，將粗品碳納米管和金屬氧化物混合在一起在氮?dú)獾姆諊懈邷仂褵茧s質(zhì)會優(yōu)先與金屬氧化物反應(yīng)，剩下碳納米管，反應(yīng)到終點(diǎn)后將產(chǎn)物放入一定濃度的酸液中除去金屬。此法對于碳納米管管壁幾乎沒有損傷，有廣闊的商業(yè)應(yīng)用前景。2023/2/1303.單壁碳納米管的純化在單壁碳納米管的制備過程中，同樣不可避免地存在其他形態(tài)的碳，主要有無定形碳、炭黑、熱解碳、C60等富勒烯、多壁碳納米管以及一定數(shù)量的催化劑顆粒等。單壁碳納米管半徑小，端部曲率大，抗氧化能力較差，容易與—OH、—COOH等官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，從而改變單壁碳納米管的表面狀態(tài)。當(dāng)單壁碳納米管管壁出現(xiàn)缺陷、兩端出現(xiàn)五元環(huán)以及其外部包裹著無定形碳時(shí)，這些部位在較低的溫度下就會與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)引起單壁碳納米管的破壞，所以單純通過氧化法將單壁碳納米管與納米碳顆粒等雜質(zhì)分離的難度較大，其提純過程一般是綜合使用氧化、化學(xué)處理、物理分離等方法，進(jìn)行多步分離。2023/2/131四．碳納米管的穩(wěn)定性碳納米管和金剛石相似，處于亞穩(wěn)態(tài)，即熱力學(xué)不穩(wěn)定而動力學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)。碳納米管可看成是由一長方形的石墨烯沿一條邊的方向卷起對接而成。孤立的石墨烯片在其邊緣由于存在大量的懸鍵，能量較高而不穩(wěn)定。一方面，將石墨烯卷成管形可消除兩邊的懸鍵，由于懸鍵的減少，系統(tǒng)總能量也相應(yīng)降低。因此碳納米管的能量低于相應(yīng)的石墨烯，可在自然界存在。另一方面，將石墨烯卷起形成碳納米管必須改變石墨烯上C-C網(wǎng)格的完美拓?fù)鋷缀螛?gòu)型，即改變鍵角引入應(yīng)力能。應(yīng)力能的大小隨碳納米管的直徑減小成指數(shù)增加，最終將超出由于較少孤立石墨烯片邊緣上懸鍵所帶來的能量降低，相應(yīng)地，碳納米管的能量也就高出石墨烯片的能量。2023/2/132碳納米管在徑向很軟，故碳納米管放置在物體表面或與其他物體接觸時(shí)，在徑向很容易發(fā)生形變。在電子束輻照下，單壁碳納米管不穩(wěn)定。在高于120Kev

的電子輻射時(shí)，電子可將碳原子從碳納米管表面打出，使之出現(xiàn)表面重構(gòu)及結(jié)構(gòu)變化。碳納米管表面失去一個碳原子后，會在管壁上出現(xiàn)一空位，空位擴(kuò)大以后就形成空洞，由于出現(xiàn)了缺陷而產(chǎn)生懸鍵，使碳納米管在能量上不穩(wěn)定，管壁連續(xù)失去碳原子以后，碳納米管可變得很不穩(wěn)定而出現(xiàn)原子重整，通過收縮來消除空洞。這一現(xiàn)象很容易在高分辨電子顯微鏡中觀察到。2023/2/133五．碳納米管的特性1.力學(xué)特性碳納米管的側(cè)面是六邊形碳環(huán)（石墨片）組成的，但在管身彎曲和管端口封頂?shù)陌肭蛎毙尾课粍t含有一些五邊形和七邊形的碳環(huán)結(jié)構(gòu)。因?yàn)闃?gòu)成這些不同碳環(huán)結(jié)構(gòu)的C-C共價(jià)鍵是自然界中最穩(wěn)定的化學(xué)鍵，所以碳納米管具有非常好的力學(xué)性能，其強(qiáng)度接近于C-C鍵強(qiáng)度。單壁碳納米管的楊氏模量和剪切模量與金剛石相當(dāng)，強(qiáng)度是鋼的100倍，而密度只有鋼的六分之一，是一種新型的“超級纖維”材料。2023/2/134碳納米管同時(shí)具有較好的柔性，其延伸率可達(dá)百分之幾。不僅如此，碳納米管還有良好的可彎曲性，當(dāng)彎曲應(yīng)力去除后，碳納米管可以從很大的彎曲變形中完全恢復(fù)到原來的狀態(tài)。除此之外，即使受到了很大的外加應(yīng)力，碳納米管也不會發(fā)生脆性斷裂。由此看來，納米管具有十分優(yōu)良的力學(xué)性能，這種“超級纖維”材料在未來工業(yè)界將會得到很多應(yīng)用。2023/2/1352.電學(xué)特性碳納米管由于管內(nèi)流動的電子受到量子限域所致，電子在碳納米管中通常只能在同一層石墨片中沿著碳納米管的軸向運(yùn)動，沿徑向的運(yùn)動受到限制。實(shí)驗(yàn)表明，不同類型的碳納米管，導(dǎo)電性能也不同。例如：單壁納米管總是金屬性的；鋸齒形納米管和手性納米管中則部分為半導(dǎo)體性，部分為金屬性。3.熱學(xué)性能碳納米管和石墨、金剛石一樣，都是良好的熱導(dǎo)體。2023/2/1364.光學(xué)性能(1)光學(xué)偏振性碳納米管對光吸收具有強(qiáng)烈的方向選擇性，偏振方向平行管軸方向時(shí)吸收最強(qiáng)，偏振方向垂直管軸方向時(shí)吸收最弱。(2)光學(xué)相關(guān)性最近發(fā)現(xiàn)碳納米管在紅外激光激發(fā)下可發(fā)射出強(qiáng)烈的可見光，具有卓越的發(fā)光特性。碳納米管的光致發(fā)光和電致發(fā)光使其可成為一種新型的節(jié)能發(fā)光材料，目前其可見光區(qū)發(fā)光性質(zhì)研究正處于起步階段，人們較多關(guān)注于發(fā)現(xiàn)它奇異的發(fā)光性能，但對其發(fā)光機(jī)制還沒有系統(tǒng)的研究。2023/2/137(3)發(fā)光性能自電燈發(fā)明以來，白熾燈燈絲材料一直沿用鎢絲，鎢絲白熾燈屬黑體輻射發(fā)光，大部分電能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，能源利用率低。并且鎢絲熔點(diǎn)有限，不能依靠升高溫度來提高發(fā)光光效。碳納米管與鎢絲相比具有以下優(yōu)點(diǎn):①高溫下碳納米管燈泡可發(fā)出與鎢絲白熾燈相同的白光，在相同溫度下，光效高于鎢絲燈泡。②高溫下碳納米管燈絲電阻隨溫度變化不明顯。而鎢絲燈泡則成非線性關(guān)系，鎢絲的電阻隨電壓發(fā)生變化，特別在高電壓時(shí)鎢絲電阻很大。③雙壁碳納米管高溫下有較高的熱穩(wěn)定性。2023/2/138六.碳納米管的應(yīng)用(1)原子力顯微鏡針尖優(yōu)點(diǎn)：碳納米管具有很高的長徑比，用其制作的納米探針可以完成普通探針無法解決的問題。分辨率高，探測深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測。此外，由于碳納米管的高彈性，探針尖端與物質(zhì)接觸時(shí)只會產(chǎn)生可逆彎曲，而不會被損壞。碳納米管的頂端經(jīng)各種官能團(tuán)修飾后制成的納米探針，還可用來研究局部化學(xué)和生物化學(xué).2023/2/139(2).納米碳管在平面顯示器的應(yīng)用

1995年Rice大學(xué)研究發(fā)現(xiàn)：直立的碳納米管充電時(shí)，電場集中在其末端，可以發(fā)射電子。直徑細(xì)小的碳納米管可以用來制作極細(xì)的電子槍，在室溫及低于80伏的偏置電壓下，即可獲得0.1～1微安的發(fā)射電流。開口碳納米管比封閉碳納米管具有更好的場發(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應(yīng)用。2023/2/140碳納米管場發(fā)射顯示器

1999年韓國，2000年日本制成顯示器樣管2023/2/141(3).化學(xué)傳感器單壁納米碳管的導(dǎo)電性除與結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與其所處的環(huán)境有關(guān)。碳納米管暴露在NO2

和NH3

時(shí)，電導(dǎo)發(fā)生明顯的增加或減小，奠定了在氣體化學(xué)傳感器應(yīng)用的基礎(chǔ)。

Kong.J等人測定了SWCNT在NO2和NH3通過時(shí)，碳納米管電導(dǎo)隨電壓的變化情況。電導(dǎo)NO23個數(shù)量級；電導(dǎo)NH32個數(shù)量級優(yōu)點(diǎn)：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。

Science，2000，287：622-6252023/2/142(4)碳納米管儲氫碳納米管由于其管道結(jié)構(gòu)及多壁碳管之間的類石墨層空隙，成為最有潛力的儲氫材料，用于發(fā)展納米管燃料電池。

1997年美國國立可再生能源實(shí)驗(yàn)室首次采用程序控溫脫附儀測量單壁納米碳管的載氫量。實(shí)驗(yàn)表明：在130K、4×104Pa條件下的載氫量為5wt％一10wt％，并認(rèn)為SWNT是理想的可用于氫燃料電池汽車(6.5wt％)的儲氫材料。Nature．1997．386(27)377—3792023/2/143H2單壁碳納米管的中空結(jié)構(gòu)和管束間隙以及多壁碳納米管的壁層間隙都可以作為儲氫的吸附位.

高質(zhì)量的碳納米管能儲存大量氫氣，從而可以實(shí)現(xiàn)用氫氣為燃料驅(qū)動無污染汽車。2023/2/144一.納米線、納米棒§3.2納米線、納米棒和納米帶準(zhǔn)一維實(shí)心的納米材料是指在二維方向上為納米尺度，長度比上述二維方向上的尺度大得多，甚至為宏觀量的新型納米材料。長徑比小的稱為納米棒，長徑比大的稱為納米線或絲。關(guān)于納米棒與納米線之間沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，一般把長度小于1μm的稱為納米線。納米線與同種元素成分的塊體材料相比，不僅在原子結(jié)構(gòu)上有差異，而且在電子結(jié)構(gòu)上也有其顯著特點(diǎn)，如量子效應(yīng)和非線性等現(xiàn)象。2023/2/145(1).金屬納米線金屬納米線的制備方法有多種，其中模板合成法和臺階邊緣綴飾法是兩種最為成功的制備方法。模板合成法首先需制作一個模子為納米線的生長提供場所，再采用電解沉積等方法在其中生成納米線。臺階邊緣綴飾法在基體表面的鏡面臺階處完成納米線的生長過程，通常還需要采用有機(jī)物附膜的辦法將納米線從基體分開。(2)半導(dǎo)體納米線(3)陶瓷納米線2023/2/146電化學(xué)方法合成的Au納米棒202