碳納米管的應(yīng)用課件

碳納米管的應(yīng)用applicationofCarbonnanotubes盧時(shí)寶沈陽(yáng)航空航天大學(xué)碳納米管的應(yīng)用applicationofCarbonn1目錄一、簡(jiǎn)介二、碳納米管的主要性能三、碳納米管的主要應(yīng)用四、碳納米管的新應(yīng)用發(fā)現(xiàn)五、結(jié)語(yǔ)目錄一、簡(jiǎn)介2一、簡(jiǎn)介碳納米管的發(fā)現(xiàn)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發(fā)現(xiàn)了多壁碳納米管（MultiWalledCarbonNanotubes，MWNTs），直徑為4-30nm，長(zhǎng)度為1um。，最初稱之為“Graphitetubular”。1993年單壁碳納米管也被發(fā)現(xiàn)（Single-WalledCarbonNanotubes，SWNTs），直徑從0.4nm到3-4nm，長(zhǎng)度可達(dá)幾微米。一、簡(jiǎn)介碳納米管的發(fā)現(xiàn)3碳納米管的分類碳納米管按石墨烯片的層數(shù)分類1）單壁納米管2）多壁納米管按手性分類1）鋸齒型2）扶手椅型扶手椅型鋸齒型扶手椅型鋸齒型4二、碳納米管的性能力學(xué)性能

碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)。它是最強(qiáng)的纖維，在強(qiáng)度與重量之比方面，這種纖維是最理想的。二、碳納米管的性能力學(xué)性能5電學(xué)性能

由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。儲(chǔ)氫性能

1997年，A.C.Dillon對(duì)單壁碳納米管(SWNT)的儲(chǔ)氫性能做了研究，SWNT在0℃時(shí),儲(chǔ)氫量達(dá)到了5%。電學(xué)性能6熱學(xué)性能一維管具有非常大的長(zhǎng)徑比，因而大量熱是沿著長(zhǎng)度方向傳遞的，通過合適的取向，這種管子可以合成高各向異性材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。發(fā)射性能由于碳納米管具有納米尺度的尖端,有利于電子的發(fā)射,科學(xué)家們預(yù)言并證實(shí)了碳納米管具有極好的場(chǎng)致電子發(fā)射效應(yīng)。熱學(xué)性能7吸附性能由于碳納米管具有較大的比表面積、特殊的管道結(jié)構(gòu)以及多壁碳納米管之間的類石墨層隙?；瘜W(xué)性能在催化研究方面,碳納米管已被用于分散和穩(wěn)定納米級(jí)的金屬小顆粒。由碳納米管制得的催化劑可以改善多相催化的選擇。吸附性能8三、碳納米管的主要應(yīng)用碳納米管復(fù)合材料基于納米碳管的優(yōu)良力學(xué)性能可將其作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。研究表明，環(huán)氧樹脂和納米碳管之間可形成數(shù)百M(fèi)Pa的界面強(qiáng)度。除做結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑外，納米碳管還可做為功能增強(qiáng)劑填充到聚合物中，提高其導(dǎo)電性、散熱能力等擁有良好柔韌性，是理想高強(qiáng)度纖維材料三、碳納米管的主要應(yīng)用碳納米管復(fù)合材料9電磁干擾屏蔽材料及隱形材料碳納米管是一種有前途的理想微波吸收劑,可用于隱形材料、電磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳納米管對(duì)紅外和電磁波有隱身作用。電磁干擾屏蔽材料及隱形材料10超級(jí)電容器作為電雙層電容電極材料，要求材料結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好、比表面積大,微孔大小集中在一定的范圍內(nèi)。碳納米管比表面積大、結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好，微孔大小可通過合成工藝加以控制,因而是一種理想的電雙層電容器電極材料。碳納米管超級(jí)電容器是已知的最大容量的電容器。超級(jí)電容器11導(dǎo)電材料

將碳納米管均勻地?cái)U(kuò)散到塑料中，可獲得強(qiáng)度更高并具有導(dǎo)電性能的塑料，可用于靜電噴涂和靜電消除材料，目前高檔汽車的塑料零件由于采用了這種材料由于碳納米管復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性能，不會(huì)象絕緣塑料產(chǎn)生靜電堆積，因此是用于靜電消除、晶片加工、磁盤制造及潔凈空間等領(lǐng)域的理想材料當(dāng)CNTs的管徑大于6mm時(shí)，導(dǎo)電性能下降；當(dāng)管徑小于6mm時(shí)，CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。導(dǎo)電材料12儲(chǔ)氫材料氫氣在未來(lái)的能源方面將扮演一個(gè)很重要的角色，它在釋放能量的過程中不會(huì)引起空氣的污染和導(dǎo)致溫室效應(yīng)，但目前仍然沒有一個(gè)實(shí)用的辦法存儲(chǔ)和運(yùn)輸氫氣，而這對(duì)氫氣能源的實(shí)用化是十分重要的。最近的研究表明，碳納米管非常適合于作為儲(chǔ)氫材料。由于碳納米管具有獨(dú)特的納米級(jí)尺寸和中空結(jié)構(gòu)，具有更大的表面積，相對(duì)于常用的吸附劑活性炭而言，具有更大的氫氣吸附能力。儲(chǔ)氫材料13催化劑載體納米材料比表面積大,表面原子比率大(約占總原子數(shù)的50%),使體系的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)明顯改變,表現(xiàn)出特殊的電子效應(yīng)和表面效應(yīng)。如氣體通過碳納米管的擴(kuò)散速度為通過常規(guī)催化劑顆粒的上千倍,擔(dān)載催化劑后極大提高催化劑的活性和選擇性。

碳納米管作為納米材料家族的新成員,其特殊的結(jié)構(gòu)和表面特性、優(yōu)異的儲(chǔ)氫能力和金屬及半導(dǎo)體導(dǎo)電性,使其在加氫、脫氫和擇型催化等反應(yīng)中具有很大的應(yīng)用潛力。碳納米管一旦在催化上獲得應(yīng)用,可望極大提高反應(yīng)的活性和選擇性,產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。催化劑載體14儲(chǔ)存器由于優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性（C-C鍵，無(wú)懸空鍵）因此碳納米管具有化學(xué)惰性，經(jīng)歷充放電不發(fā)生化學(xué)作用。因此，數(shù)據(jù)保存在這樣的一個(gè)存儲(chǔ)器中可以擁有更長(zhǎng)的保存時(shí)間。儲(chǔ)存器15四、碳納米管的新應(yīng)用發(fā)現(xiàn)麻省理工大科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在電池一端電極使用含碳納米管可以比現(xiàn)在的鋰電池蓄存更多的電力。這種電池在充電效率及蓄電能力遠(yuǎn)比目前最高端的鋰電池更優(yōu)良?？菩卵邪l(fā)的含碳納米管電池進(jìn)行1000次充放電實(shí)驗(yàn)。結(jié)果在經(jīng)歷1000次充放電后，含碳納米管電池內(nèi)的物質(zhì)屬性變化極微，電池蓄電力絲毫未見減少。麻省理工大科學(xué)家制造新手機(jī)電池的原材料-----含碳納米管四、碳納米管的新應(yīng)用發(fā)現(xiàn)麻省理工大科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在電池一端電極16納米金屬催化劑載體,利用碳納米管的高比表面及良好的吸氫能力，成功制備了負(fù)載Pt納米粒子的高效加氫催化劑納米金屬催化劑載體,利用碳納米管的高比表面及良好的吸氫能力，17這種新型碳納米管“橡膠”其實(shí)是一種名為粘彈性物質(zhì)傳統(tǒng)材料，它的外表看起來(lái)很像泡沫耳塞，又像普通的橡皮擦。這種材料無(wú)論被怎樣扭曲、拉伸，彎曲，甚至被穿透，到最后都會(huì)恢復(fù)到原始狀態(tài)。它能抗低溫，例如木星最大衛(wèi)星“泰坦”上的低溫；耐高溫，例如在宇宙中近距離接近太陽(yáng)時(shí)的高溫，如果將它作為宇宙飛船的制作材料，那么人類的宇宙飛船將會(huì)“所向披靡”。任何極端溫度下都不會(huì)損壞的特殊的“鋼筋鐵骨橡膠”這種新型碳納米管“橡膠”其實(shí)是一種名為粘彈性物質(zhì)傳統(tǒng)材料，它18這種材料可以像橡膠一樣拉伸延展，最大可以延展至原始尺寸的1.7倍，而不會(huì)影響任何的性能。這款材料的奧秘在于其中整合了新型的碳納米管聚合物。這種材料還可以被應(yīng)用于機(jī)器人領(lǐng)域，用來(lái)制造電子皮膚，從而使機(jī)器人獲得更為敏感的觸覺?？裳诱沟碾娐钒暹@種材料可以像橡膠一樣拉伸延展，最大可以延展至原始尺寸的1.19五、結(jié)語(yǔ)各國(guó)主要面臨以下兩個(gè)共同問題，使得碳納米管不能真正得到工業(yè)應(yīng)用。①如何實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量碳納米管的連續(xù)批量工業(yè)化生產(chǎn)。②如何更深入研究碳納米管實(shí)際應(yīng)用問題。目前所得到的碳納米管缺陷較多，且不易分散，這大大限制了碳納米管的性