納米碳管的特性及其應(yīng)用課件

報(bào)告的主要內(nèi)容碳納米材料發(fā)展簡(jiǎn)史碳納米材料的分類碳納米管碳納米管的制備方法碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)碳納米管的應(yīng)用將來(lái)可能的研究方向碳家族金剛石石墨富勒烯碳納米管一碳納米材料發(fā)展簡(jiǎn)史1985年發(fā)現(xiàn)了巴基球(C60)；柯?tīng)?、克羅托和斯莫利在模擬宇宙長(zhǎng)鏈碳分子的生長(zhǎng)研究中，發(fā)現(xiàn)了與金剛石、石墨的無(wú)限結(jié)構(gòu)不同的，具有封閉球狀結(jié)構(gòu)的分子C60。（1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）1991年日本電氣公司的S.

Iijima在制備C60、對(duì)電弧放電后的石墨棒進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)圓柱狀沉積?？盏墓軤钗镏睆?.7-30

nm，被稱為Carbon

nanotubes(CNTs）；1992年瑞士洛桑聯(lián)邦綜合工科大學(xué)的D.Ugarte等發(fā)現(xiàn)了巴基蔥(Carbon

nanoonion)；1857年，法拉第制備出金納米顆粒2000年，北大彭練矛研究組用電子束轟擊單壁碳納米管，發(fā)現(xiàn)了Ф0.33nm的碳納米管,穩(wěn)定性稍差;2003年5月，日本信州大學(xué)和三井物產(chǎn)下屬的公司研制成功Ф0.4nm的碳納米管。2004年3月下旬,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所趙宇亮、陳振玲、柴之芳等研究人員，利用一定能量的中子與C70分子相互作用，首次成功合成、分離、表征了單原子數(shù)目富勒烯分子C141。2004，曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)Graphene(石墨烯)。進(jìn)一步激發(fā)了人們研究碳納米材料的熱潮。

二碳納米材料的分類(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(wú)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(zhǎng)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100nm）和氣相生長(zhǎng)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2—20nm之間)，如C60，C70等；(2)納米碳粉。(4)石墨烯

石墨烯（graphene）是由單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。C60

（零維）碳納米管

（一維）金剛石

（三維）石墨

（二維）石墨烯三《碳納米管化學(xué)紀(jì)事》“納米豆腐的世界”

日本電鏡學(xué)家S.Iijima在Iijima的發(fā)現(xiàn)前后及時(shí)地預(yù)言了這種新的碳結(jié)構(gòu)的各種性質(zhì)，同時(shí)預(yù)言了單壁管的存在。她對(duì)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(kāi)了CNTs研究的序幕美國(guó)物理學(xué)家MildredS.Dresselhaus96年諾貝爾獎(jiǎng)?wù)逺ichardE.Smalley發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法——激光脈沖法(laserablation)，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

碳納米管對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)進(jìn)一步激發(fā)了人們研究碳納米材料的熱潮。75～3nm和1～50μm。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。度和直徑之比。使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法——激光脈沖法(laserablation)，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（1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）在420～450℃下用金屬鎳作為催化劑，在氫氣氣氛下熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和0.《碳納米管化學(xué)紀(jì)事》度和直徑之比。分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測(cè)激光蒸發(fā)制備碳納米管示意圖化學(xué)氣相沉積（CVD）法超長(zhǎng)單壁碳納米管細(xì)絲(直徑50～500nm)在90～300K間，電阻率ρ=5～7μΩ/m碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)密度），尤為適于制作新型平板顯示器。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。四碳納米管的制備方法室溫下碳納米管的儲(chǔ)氫量按照石墨烯片的層數(shù)，可分為：

單壁碳納米管（Single-wallednanotubes,SWNTs）：由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長(zhǎng)度分別為0.75～3nm和1～50μm。又稱富勒管(Fullerenestubes)。2)多壁碳納米管（Multi-wallednanotubes,MWNTs）：含有多層石墨烯片。形狀象個(gè)同軸電纜。其層數(shù)從

2～50不等，層間距為0.34±0.01nm，與石墨層間距(0.34nm)相當(dāng)。多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和

0.1～50μm。單壁碳納米管多壁碳納米管四碳納米管的制備方法石墨電弧放電法（已用于工業(yè)化生產(chǎn)）化學(xué)氣相沉積法激光蒸發(fā)（燒蝕）法等離子體法增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法PE-HF-CVD熱解聚合物法（化學(xué)熱解法）離子（電子束）輻射法催化裂解法電解法提高純度、增加產(chǎn)率4.1石墨電弧放電法基本原理：電弧室充惰性氣體保護(hù)，兩石墨棒電極靠近，拉起電弧，再拉開(kāi)，以保持電弧穩(wěn)定。放電過(guò)程中陽(yáng)極溫度相對(duì)陰極較高，所以陽(yáng)極石墨棒不斷被消耗，同時(shí)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60—50Pa，電流60A～100A，電壓19V～25V，電極間距1mm～4mm，產(chǎn)率50％。Iijima等生產(chǎn)出了半徑約1nm的單層碳管。電弧區(qū)溫度非常高，碳納米管缺陷較多4.2

碳?xì)浠衔锎呋纸夥ɑ瘜W(xué)氣相沉積（CVD）法能大規(guī)模制備、但雜質(zhì)較多需后續(xù)處理單壁碳納米管的CVD合成條件制備條件非常寬松4.3

激光蒸發(fā)石墨法激光蒸發(fā)制備碳納米管示意圖激光脈沖時(shí)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4.4

等離子體法將苯蒸氣通過(guò)等離子體分解后產(chǎn)生的碳原子簇沉積于水冷銅板上，得到長(zhǎng)度可達(dá)200μm的碳納米管。在該方法中多壁碳納米管的生長(zhǎng)按外延生長(zhǎng)模式進(jìn)行，其生長(zhǎng)速率為0.1nm/s。此方法的設(shè)備復(fù)雜、造價(jià)昂貴推廣使用存在困難。4.5增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法(PE-HF-CVD法)1.通過(guò)等頻磁控管?chē)婂兎▽⒔饘冁囃糠笤诓Ａ希穸葹?0nm;2.以乙炔氣體作為碳源，同時(shí)以氨氣作為催化劑，在666℃條件下，通過(guò)等離子體熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積;3.可制備在鍍有鎳層的玻璃上排列整齊的由多根碳納米管組成的管束，碳納米管管束的直徑和長(zhǎng)度分別為20-40nm和0.1-50μm。4.6熱解聚合物法通過(guò)熱解某種聚合物、聚乙烯或有機(jī)金屬化合物，也可以得到碳納米管。如通過(guò)把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400℃空氣氣氛下熱處理8h，然后冷卻到室溫，得到了碳納米管。在420～450℃下用金屬鎳作為催化劑，在氫氣氣氛下熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。在900℃、氬氣和氫氣氣氛下熱解二茂鐵、二茂鎳、二茂鈷，也得到了碳納米管材料。在420～450℃下用金屬鎳作為催化劑，在氫氣氣氛下熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。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。碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法PE-HF-CVD碳?xì)浠衔镌诖呋瘎╊w粒上吸附、分解、擴(kuò)散并析出碳納米管。解決目前水質(zhì)重金屬污染問(wèn)題納米管做成的“納米秤”碳納米管可以在50℃的低溫下通過(guò)銫與納米孔狀無(wú)定形碳的放熱反應(yīng)自發(fā)形成；揭開(kāi)了CNTs研究的序幕HafnerJH在室溫下能夠清晰的觀測(cè)到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氬氣氣氛中通過(guò)電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；希望得到的長(zhǎng)度直徑比至少是20∶1。進(jìn)一步激發(fā)了人們研究碳納米材料的熱潮。根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。碳納米管增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料定向納米碳管的場(chǎng)發(fā)射特性以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氬氣氣氛中通過(guò)電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。另一類便是生物分子/體系檢測(cè)。2)多壁碳納米管（Multi-wallednanotubes,MWNTs）：含有多層石墨烯片。4.7

浮動(dòng)催化法制備多壁碳納米管

浮動(dòng)催化法是一種可以批量半連續(xù)制備碳納米管的方法，一般采用有機(jī)金屬化合物為催化劑原料，與碳?xì)浠衔镆煌敕磻?yīng)室，在一定溫度下分解出金屬原子并聚集成一定大小的催化劑顆粒。碳?xì)浠衔镌诖呋瘎╊w粒上吸附、分解、擴(kuò)散并析出碳納米管。反應(yīng)室為陶瓷管，放置在立式電阻爐(額定溫度1200℃)中。反應(yīng)溶液隨載氣(氫氣)以蒸氣的形式引入反應(yīng)室。連續(xù)提供表面新鮮的催化劑，區(qū)別于CVD其它得到碳納米管的方法碳納米管可以在50℃的低溫下通過(guò)銫與納米孔狀無(wú)定形碳的放熱反應(yīng)自發(fā)形成；乙炔和苯低壓火焰燃燒的煙灰里也發(fā)現(xiàn)了碳納米管；以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氬氣氣氛中通過(guò)電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；在粉末冶金法制備的合金Fe-Ni-C、Fe-Ni-Co-C的微孔洞中發(fā)現(xiàn)了富勒烯和單層碳納米管。希望得到的長(zhǎng)度直徑比至少是20∶1。碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)密度），尤為適于制作新型平板顯示器。碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院ElenaBichoutskaia領(lǐng)導(dǎo)的研究組發(fā)現(xiàn)，將兩根碳納米管套在一起將能夠最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法——激光脈沖法(laserablation)，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2003年5月，日本信州大學(xué)和三井物產(chǎn)下屬的公司研制成功Ф0.通過(guò)等頻磁控管?chē)婂兎▽⒔饘冁囃糠笤诓Ａ希穸葹?0nm;她對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)的完整理解走在了世界的最前面根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。碳納米管仿效骨膠原纖維幫骨折痊愈二碳納米材料的分類所以椅式管一定是金屬性管，而交錯(cuò)式和手性則既有可能是金屬性管，也有可能是半導(dǎo)體性管。碳納米管可以在50℃的低溫下通過(guò)銫與納米孔狀無(wú)定形碳的放熱反應(yīng)自發(fā)形成；使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法——激光脈沖法(laserablation)，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。2000年，北大彭練矛研究組用電子束轟擊單壁碳納米管，發(fā)現(xiàn)了Ф0.單壁碳納米管（Single-wallednanotubes,SWNTs）：由一層石墨烯片組成。激光脈沖時(shí)間間隔（間隔越短，產(chǎn)率越高）Dresselhaus根據(jù)折起的外部形態(tài)上可以分為A椅式(armchair)、B交錯(cuò)式(zigzag)、C手性(chiral)。碳納米管制備方法評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)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(xué)氣相沉積法激光蒸發(fā)法五碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)5.1

單壁碳納米管的性能超長(zhǎng)單壁碳納米管細(xì)絲(直徑50～500nm)在90～300K間，電阻率ρ=5～7μΩ/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。當(dāng)CNTs的管徑較大時(shí)，導(dǎo)電性能下降；當(dāng)管徑小于某一值時(shí)，CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。5.2碳納米管的力學(xué)性能碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,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。高機(jī)械強(qiáng)度：鋼100倍強(qiáng)度，1/6重量高長(zhǎng)徑比:103數(shù)量級(jí)高比表面:400-500m2/g天梯材料的唯一選擇5萬(wàn)個(gè)納米管并排起來(lái)才有人的一根頭發(fā)那么寬5.3碳納米管的熱學(xué)性能

一維碳納米管具有非常大的長(zhǎng)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(zhǎng)度方向傳遞的，通過(guò)適當(dāng)排列碳納米管，可以合成熱高各向異性材料。

納米管的橫向尺寸比多數(shù)在室溫至150oC電介質(zhì)的晶格振動(dòng)波長(zhǎng)大一個(gè)量級(jí)，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(shí)降低了導(dǎo)熱性能。5.4碳納米管的電性能碳納米管具有開(kāi)放的多孔結(jié)構(gòu)，并能在與電解質(zhì)的交界面形成雙電層，從而聚集大量電荷，具有制備高性能超級(jí)電容器的潛質(zhì)；“內(nèi)腔含水的”單根單壁碳納米管：管中的自由載流子與管內(nèi)的水分子會(huì)產(chǎn)生一定程度的耦合，可以產(chǎn)生‘電動(dòng)馬達(dá)’和‘發(fā)電機(jī)’效應(yīng)；由量子限域效應(yīng)帶來(lái)的金屬性和半導(dǎo)體性根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。根據(jù)折起的外部形態(tài)上可以分為A椅式(armchair)、B交錯(cuò)式(zigzag)、C手性(chiral)。所以椅式管一定是金屬性管，而交錯(cuò)式和手性則既有可能是金屬性管，也有可能是半導(dǎo)體性管。5.5碳納米管的場(chǎng)發(fā)射特性定向納米碳管的場(chǎng)發(fā)射特性碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)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(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。

5.6碳納米管的儲(chǔ)氫性能室溫下碳納米管的儲(chǔ)氫量

H2物理儲(chǔ)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(jìn)行恒流充放電儲(chǔ)氫5.7碳納米管的吸附性能

硝酸氧化處理后的碳納米管對(duì)鉛，銅和鎘離子顯示出了良好的吸附效果，單一金屬離子的吸附研究結(jié)果表明，碳納米管對(duì)鉛、銅和鎘離子的最大吸附容量分別為97.08，28.49和10.86mg/g；碳納米管對(duì)Pb2+的親合性最強(qiáng)，Cu2+次之，Cd2+最弱；碳納米管對(duì)3種金屬離子的吸附量隨著溶液pH值的升高和離子強(qiáng)度的減小而增加。（1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）7-30

nm，被稱為Carbon

nanotubes(CNTs）；7-30

nm，被稱為Carbon

nanotubes(CNTs）；根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。（1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）進(jìn)一步激發(fā)了人們研究碳納米材料的熱潮。多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和0.碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)密度），尤為適于制作新型平板顯示器。揭開(kāi)了CNTs研究的序幕通過(guò)等頻磁控管?chē)婂兎▽⒔饘冁囃糠笤诓Ａ?，厚度?0nm;其層數(shù)從2～50不等，層間距為0.其層數(shù)從2～50不等，層間距為0.碳納米管有望實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器微型化7碳納米管的吸附性能度和直徑之比。七將來(lái)可能的研究方向以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氬氣氣氛中通過(guò)電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；5碳納米管作為電子顯微鏡等的探針又稱富勒管(Fullerenestubes)。六碳納米管的應(yīng)用6.1高強(qiáng)度碳纖維材料

決定增強(qiáng)型纖維強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵是長(zhǎng)度和直徑之比。目前材料材料工程師希望得到的長(zhǎng)度直徑比至少是20∶1。碳納米管的長(zhǎng)度是直徑的幾千倍，因而號(hào)稱“超級(jí)纖維”。它們的強(qiáng)度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。防彈衣6.2復(fù)合材料

碳納米管增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料

碳納米管/金屬基與高分子基復(fù)合材料碳納米管復(fù)合材料合成的可行性優(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。對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)《碳納米管化學(xué)紀(jì)事》2碳?xì)浠衔锎呋纸夥ㄌ技{米管仿效骨膠原纖維幫骨折痊愈碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩室溫下碳納米管的儲(chǔ)氫量碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)密度），尤為適于制作新型平板顯示器。分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測(cè)在420～450℃下用金屬鎳作為催化劑，在氫氣氣氛下熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。E：內(nèi)腔功能化其它得到碳納米管的方法如通過(guò)把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400℃空氣氣氛下熱處理8h，然后冷卻到室溫，得到了碳納米管。乙炔和苯低壓火焰燃燒的煙灰里也發(fā)現(xiàn)了碳納米管；3催化纖維和膜工業(yè)電弧區(qū)溫度非常高，碳納米管缺陷較多1857年，法拉第制備出金納米顆粒能大規(guī)模制備、但雜質(zhì)較多需后續(xù)處理碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。超長(zhǎng)單壁碳納米管細(xì)絲(直徑50～500nm)在90～300K間，電阻率ρ=5～7μΩ/m其層數(shù)從2～50不等，層間距為0.室溫下碳納米管的儲(chǔ)氫量碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無(wú)縫、中空的管體，一般可分為單壁碳納米管、多壁碳納米管。她對(duì)碳納米管結(jié)構(gòu)的完整理解走在了世界的最前面用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧根據(jù)折起的外部形態(tài)上可以分為A椅式(armchair)、B交錯(cuò)式(zigzag)、C手性(chiral)。根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。單壁碳納米管（Single-wallednanotubes,SWNTs）：由一層石墨烯片組成。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。使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，向原作者們致謝！分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測(cè)單壁管典型的直徑和長(zhǎng)度分別為0.進(jìn)一步激發(fā)了人們研究碳納米材料的熱潮。以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氬氣氣氛中通過(guò)電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法PE-HF-CVD美國(guó)物理學(xué)家MildredS.當(dāng)CNTs的管徑較大時(shí)，導(dǎo)電性能下降；7碳納米管的吸附性能定向納米碳管的場(chǎng)發(fā)射特性6.3催化纖維和膜工業(yè)

碳納米管“陣列”制成的取向膜可被制成超濾膜氣體通過(guò)碳納米管的擴(kuò)散速度為通過(guò)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。分子感應(yīng)器由于碳納米管暴露在NO2

和NH3時(shí)，電導(dǎo)發(fā)生明顯的增加或減小，因而可用在氣體化學(xué)傳感器方面。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。6.4污水處理較大的比表面積,可以用作固體雜質(zhì)的吸附劑。環(huán)境中存在的重金屬,如鉛、銅、鉻、汞、鎘、鋅等對(duì)各種生物都有危害作用。用硝酸氧化后的碳納米管對(duì)這些重金屬的單一和多元離子均有很強(qiáng)的吸附性能。解決目前水質(zhì)重金屬污染問(wèn)題6.5碳納米管作為電子顯微鏡等的探針優(yōu)點(diǎn)：納米級(jí)直徑，高的長(zhǎng)徑比，高的機(jī)械柔軟性，電子穩(wěn)定性。分辨率高，探測(cè)深度深，可進(jìn)行狹縫和深層次探測(cè)對(duì)碳納米管的端部有選擇性地進(jìn)行化學(xué)修飾，可以進(jìn)一步拓展AFM的應(yīng)用范圍。HafnerJH在室溫下能夠清晰的觀測(cè)到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。6.6碳納米管作為充電電池材料

電池的容量是一般充電電池的三倍大幅度延長(zhǎng)使用壽命重量大大降低手機(jī)電池筆記本電腦電池?cái)?shù)碼相機(jī)電池用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧

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(chē)或火車(chē)的減震裝置，可大大減輕車(chē)輛的重量。潛在應(yīng)用納米管做成的“納米秤”美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)和巴西科學(xué)家用精密的電子顯微鏡測(cè)量納米管在電流中出現(xiàn)的擺頻率時(shí)，發(fā)現(xiàn)可以測(cè)出納米管上極小微粒引起的變化，從而發(fā)明了能稱量一億分之二百克的單個(gè)病毒的“納米秤”。這種世界上最小的秤，為科學(xué)家區(qū)分病毒種類，發(fā)現(xiàn)新病毒作出了貢獻(xiàn)。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。碳納米管仿效骨膠原纖維幫骨折痊愈

美國(guó)加利福尼亞大學(xué)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(zhǎng)的理想基體。

納米電子器件

對(duì)碳納米管的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾制成納米驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)器：存儲(chǔ)量大，耗電量低;較好的抵抗可能出現(xiàn)的高溫、低溫或磁性損壞。以電壓梯度為驅(qū)動(dòng)力、過(guò)程可逆、能夠精確控制納米顆粒的轉(zhuǎn)移。

碳納米管有望實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器微型化

諾丁漢大學(xué)化學(xué)學(xué)院ElenaBichoutskaia領(lǐng)導(dǎo)的研究組發(fā)現(xiàn)，將兩根碳納米管套在一起將能夠最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。如果一根納米管位于另一根稍微大一點(diǎn)的納米管之中，那么由于靜電、范德華力和毛細(xì)力的作用，內(nèi)部管就會(huì)隨著外部管“流動(dòng)”。當(dāng)電流通過(guò)納米管的時(shí)候就會(huì)使內(nèi)部管被推著在外部管中進(jìn)出。這種壓縮動(dòng)作可以使內(nèi)部管與電極連接或斷開(kāi)，從而最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。

碳納米管在生物學(xué)上的應(yīng)用基本上分為兩大類：一類是藥物/基因輸送；另一類便是生物分子/體系檢測(cè)。CNTs應(yīng)用應(yīng)用最為廣泛的一種新型材料七將來(lái)可能的研究方向1、碳納米管的可控制備：直徑、長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)……；

2、大面積定向碳納米管陣列合成；3、CNT的功能化：1）共價(jià)功能化

A：端口功能化

B：側(cè)壁功能化2）非共價(jià)功能化

C：表面活化劑功能化

D：聚合物功能化

E：內(nèi)腔功能化謝謝，周末愉快資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，向原作者們致謝！三《碳納米管化學(xué)紀(jì)事》“納米豆腐的世界”

日本電鏡學(xué)家S.Iijima在Iijima的發(fā)現(xiàn)前后及時(shí)地預(yù)言了這種新的碳結(jié)構(gòu)的各種性質(zhì)，同時(shí)預(yù)言了單壁管的存在。她對(duì)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(kāi)了CNTs研究的序幕美國(guó)物理學(xué)家MildredS.Dresselhaus96年諾貝爾獎(jiǎng)?wù)逺ichardE.Smalley發(fā)展了一種大量制備碳納米管的方法——激光脈沖法(laserablation)，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

碳納米管對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)A：端口功能化HafnerJH在室溫下能夠清晰的觀測(cè)到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。使用定向排列的CNT薄膜作為陰極的FED具有成本低，工藝簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。如通過(guò)把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400℃空氣氣氛下熱處理8h，然后冷卻到室溫，得到了碳納米管。如通過(guò)把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400℃空氣氣氛下熱處理8h，然后冷卻到室溫，得到了碳納米管。石墨電弧放電法（已用于工業(yè)化生產(chǎn)）A：端口功能化HafnerJH在室溫下能夠清晰的觀測(cè)到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。這種壓縮動(dòng)作可以使內(nèi)部管與電極連接或斷開(kāi)，從而最終產(chǎn)生使用二進(jìn)制編碼保存信息所需的“1”或“0”狀態(tài)。美國(guó)物理學(xué)家MildredS.1857年，法拉第制備出金納米顆粒通過(guò)等頻磁控管?chē)婂兎▽⒔饘冁囃糠笤诓Ａ?，厚度?0nm;對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)7-30

nm，被稱為Carbon

nanotubes(CNTs）；通過(guò)熱解某種聚合物、聚乙烯或有機(jī)金屬化合物，也可以得到碳納米管。對(duì)碳納米管的端部有選擇性地進(jìn)行化學(xué)修飾，可以進(jìn)一步拓展AFM的應(yīng)用范圍。碳納米管增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料石墨電弧放電法（已用于工業(yè)化生產(chǎn)）根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。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。(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2—20nm之間)，如C60，C70等；2000年，北大彭練矛研究組用電子束轟擊單壁碳納米管，發(fā)現(xiàn)了Ф0.四碳納米管的制備方法石墨電弧放電法（已用于工業(yè)化生產(chǎn)）化學(xué)氣相沉積法激光蒸發(fā)（燒蝕）法等離子體法增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法PE-HF-CVD熱解聚合物法（化學(xué)熱解法）離子（電子束）輻射法催化裂解法電解法提高純度、增加產(chǎn)率5.4碳納米管的電性能碳納米管具有開(kāi)放的多孔結(jié)構(gòu)，并能在與電解質(zhì)的交界面形成雙電層，從而聚集大量電荷，具有制備高性能超級(jí)電容器的潛質(zhì)；“內(nèi)腔含水的”單根單壁碳納米管：管中的自由載流子與管內(nèi)的水分子會(huì)產(chǎn)生一定程度的耦合，可以產(chǎn)生‘電動(dòng)馬達(dá)’和‘發(fā)電機(jī)’效應(yīng)；由量子限域效應(yīng)帶來(lái)的金屬性和半導(dǎo)體性根據(jù)卷起的方向矢量(n,m)不同，單壁納米管（大致）可以呈現(xiàn)金屬性（metallic,無(wú)能隙(bandgap)）或半導(dǎo)體性（semiconducting,有能隙）。根據(jù)折起的外部形態(tài)上可以分為A椅式(armchair)、B交錯(cuò)式(zigzag)、C手性(chiral)。所以椅式管一定是金屬性管，而交錯(cuò)式和手性則既有可能是金屬性管，也有可能是半導(dǎo)體性管。5.5碳納米管的場(chǎng)發(fā)射特性定向納米碳管的場(chǎng)發(fā)射特性碳納米管具有優(yōu)良的場(chǎng)致發(fā)射特性（其中包括FED對(duì)陰極所要求的發(fā)射的一致性、穩(wěn)定性和高的發(fā)射點(diǎn)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(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)，可以用來(lái)制作點(diǎn)陣式顯示器、數(shù)碼管等各種顯示裝置。

六碳納米管的應(yīng)用6.1高強(qiáng)度碳纖維材料

決定增強(qiáng)型纖維強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵是長(zhǎng)度和直徑之比。目前材料材料工程師希望得到的長(zhǎng)度直徑比至少是20∶1。碳納米管的長(zhǎng)度是直徑的幾千倍，因而號(hào)稱“超級(jí)纖維”。它們的強(qiáng)度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。防彈衣6.3催化纖維和膜工業(yè)

碳納米管“陣列”制成的取向膜可被制成超濾膜氣體通過(guò)碳納米管的擴(kuò)散速度為通過(guò)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。分子感應(yīng)器由于碳納米管暴露在NO2

和NH3時(shí)，電導(dǎo)發(fā)生明顯的增加或減小，因而可用在氣體化學(xué)傳感器方面。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。碳納米管在生物學(xué)上的應(yīng)用基本上分為兩大類：一類是藥物/基因輸送；另一類便是生物分子/體系檢測(cè)。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。所以椅式管一定是金屬性管，而交錯(cuò)式和手性則既有可能是金屬性管，也有可能是半導(dǎo)體性管。增強(qiáng)等離子熱流體化學(xué)蒸氣分解沉積法PE-HF-CVD納米管的橫向尺寸比多數(shù)在室溫至150oC電介質(zhì)的晶格振動(dòng)波長(zhǎng)大一個(gè)量級(jí)，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(shí)降低了導(dǎo)熱性能。通過(guò)等頻磁控管?chē)婂兎▽⒔饘冁囃糠笤诓Ａ?，厚度?0nm;對(duì)納米材料的發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)它們的強(qiáng)度比鋼高100倍，但重量只有鋼的六分之一。7碳納米管的吸附性能7-30

nm，被稱為Carbon

nanotubes(CNTs）；多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和0.7碳納米管的吸附性能如通過(guò)把檸檬酸和甘醇聚酯化作用得到的聚合物在400℃空氣氣氛下熱處理8h，然后冷卻到室溫，得到了碳納米管。在420～450℃下用金屬鎳作為催化劑，在氫氣氣氛下熱解粒狀的聚乙烯，合成了碳納米管。碳納米管“陣列”制成的取向膜可被制成超濾膜另一類便是生物分子/體系檢測(cè)。5萬(wàn)個(gè)納米管并排起來(lái)才有人的一根頭發(fā)那么寬1單壁碳納米管的性能在制備C60的沉積物中發(fā)現(xiàn)納米管對(duì)碳納米管的端部有選擇性地進(jìn)行化學(xué)修飾，可以進(jìn)一步拓展AFM的應(yīng)用范圍。碳納米管仿效骨膠原纖維幫骨折痊愈納米管做成的“納米秤”碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)碳納米管“陣列”制成的取向膜可被制成超濾膜資料來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，向原作者們致謝！5萬(wàn)個(gè)納米管并排起來(lái)才有人的一根頭發(fā)那么寬碳納米管可以在50℃的低溫下通過(guò)銫與納米孔狀無(wú)定形碳的放熱反應(yīng)自發(fā)形成；由量子限域效應(yīng)帶來(lái)的金屬性和半導(dǎo)體性HafnerJH在室溫下能夠清晰的觀測(cè)到G型球蛋白的Y型結(jié)構(gòu)。環(huán)境中存在的重金屬,如鉛、銅、鉻、汞、鎘、鋅等對(duì)各種生物都有危害作用。分辨率