碳纳米管材料及其的应用20页PPT

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其他 3
分析化学方面的应用实例：
（1）原子力显微镜针尖
优点：纳米级直径，高的长径比，高的机械柔软性，电子特性确定。 分辨率高，探测深度深，可进行狭缝和深层次探测 Hafner J H在室温下能够清晰的观测到G型球蛋白IgG的Y型结构。
J. Am. Chem.soc. 1999，121：9750-9751 Nature， 1996，384（6604）：147-150
Seminar Ⅰ
碳纳米管（CNT）及其应用 研究进展
报 告 人：孙衍国 导 师：梁鑫淼
2005.11.14
一、主要内容
碳纳米管简介 碳纳米管的性质、制备、功能化 碳纳米管的发展及研究现状 碳纳米管的应用实例
1、分析化学方面 2、其他方面 碳纳米管的应用展望
碳纳米管简介
又叫巴基管，碳的同素异形体 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853
碳 纳 米 管 的 发 展 及 研 究 现 状
碳纳米管论文和专利情况
1991
论文 1
1993 83
表1 论文和专利情况
1994 1995 1996 1997 1998 186 210 290 415 664
1999 830
？ CNT的结构可控生长
CNT的长径螺旋角均匀 特殊结构和功能的CNT 2、 量子效应的利用问题 利用＝克服 3、 大规模工业化生产
参考文献
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853 Nature， 1998， 393：49-52 Ana.Chem.., 2003, 75: 6191-6195 J. Am. Chem. soc. 1999，121：9750-9751 Nature， 1996，384（6604）：147-150

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碳纳米管的生产方法简介
➢ 石墨电弧法 ➢浮动催化法 （即碳氢化合物催化分解法，又称CVD法） ➢激光蒸汽法 ➢燃烧火焰法
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石墨电弧法：
基本原理： 电弧室充惰性气体保护，两石 墨棒电极靠近，拉起电弧，再 拉开，以保持电弧稳定。放电 过程中阳极温度相对阴极较高， 所以阳极石墨棒不断被消耗， 同时在石墨阴极上沉积出含有 碳纳米管的产物。
氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并 与其成一定角度 电极角度可控可半连续制 备
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化学气相沉积法（CVD）
➢特点：
设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上
➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
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激光蒸发法
影响因素： ➢催化剂 ➢保护压强（3.0x104一4.5 x 104 Pa） ➢气体（氦气、氩气） ➢激光脉冲时间间隔 （间隔越短， 产率越高） ➢激光脉冲功率（功率↑，直径↓）
按形态分：
普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
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其他异型
背景介绍
纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射 孔结构及比表面积 电子衍射 拉曼光谱
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背景介绍
碳纳米管的表征
碳纳米管的原始状态：团聚状态，束状
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背景介绍
碳纳米管的表征
有机DMF（N，N-二甲基甲酰胺）中超声分散后碳纳米 管的SEM（左）与TEM（右）
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米 管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs），与多壁管相比， 单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围 小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。

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导电材料
将碳纳米管均匀地扩散到塑料中，可获得强度更高并具有导电 性能的塑料，可用于静电喷涂和静电消除材料，目前高档汽车的 塑料零件由于采用了这种材料
由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能，不会象绝缘塑料产 生静电堆积，因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净 空间等领域的理想材料
当CNTs的管径大于6mm时，导电性能下降；当管径小于6mm时， CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。
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储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，
它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致 温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和 运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。
最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材 料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结 构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性 炭而言，具有更大的氢气吸附能力。
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储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，
无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经
历充放电不发生化学作用。因此， 数据保存在这样的一个存储器中 可以拥有更长的保存时间。
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四、碳纳米管的新应用发现
麻省理工大科学家发现，在电池一 端电极使用含碳纳米管可以比现在 的锂电池蓄存更多的电力 。这种电 池在充电效率及蓄电能力远比目前 最高端的锂电池更优良。科新研发 的含碳纳米管电池进行1000次充 放电实验。结果在经历1000次充 放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未
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电磁干扰屏蔽材料及隐形材料 碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于 隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米 管对红外和电磁波有隐身作用。
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超级电容器 作为电双层电容电极材料，要

2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研 究碳纳米材料的热潮。
二 碳纳米材料的分类
(1)碳纳米管
碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般 可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管。
(2)纳米碳纤维
纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直 径介于纳米碳管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。
聚集成一定大小的催化剂颗粒。碳氢化合物在催化剂颗 Hafner J H在室温下能够清晰的观测到G型球蛋白的Y型结构。
以熔融碱金属卤化物为电解液，以石墨棒为电极，在氩气气氛中通过电解方法合成了碳纳米管以及葱状结构；
粒上吸附、分解、扩散并析出碳纳米管。 希望得到的长度直径比至少是20∶1。
进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 根据卷起的方向矢量 (n,m)不同，单壁纳米管（大致）可以呈现金属性（metallic, 无能隙(band gap)）或半导体性（semiconducting, 有能隙）。 碳纳米管增强陶瓷复合材料
碳纳米管可以在50℃的低温下通过铯与纳米孔状无定形碳的放热反应自发形成； 使用定向排列的CNT薄膜作为阴极的FED具有成本低，工艺简单，可靠性高的特点，可以用来制作点阵式显示器、数码管等各种显示装 置。
发展了一种大量制备碳纳米管的方法——激光脉冲法(laser ablation)，并制造出了大批高质量的单壁纳米管，还组建了纳米管生产公司 优点：具有响应速度快，灵敏度高（较常规高1000倍），重现性好，室温操作等。 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0. 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。

通过化学或物理方法对碳纳米管进行改性， 以提高其分散性和界面稳定性。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。

劣势：杂质多
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3.3.2 等离子体增强化学气相沉积工艺 (Plasma-enhanced CVD, PECVD)
优势：等离子体增强反应活性 外加电场控制生长方向
Science. 1998. 282 (5391): 1105–7.
17
3.3.3 高压一氧化碳合成工艺（HiPCO， High-pressure carbon monoxide synthesis）
将冷的含有羰基铁Fe(CO)5的高压CO气体,和预先加热到1200℃ 的CO气体相混合，使含有催化剂的高压CO气体,在不到1毫秒的 时间内加热到1000℃。这时羰基铁分解出的Fe原子相互碰撞形 成 铁纳米颗粒，铁纳米颗粒进而和 CO反应生成CO2并留下一个 碳原子
2001. Cambridge: Cambridge University1P8 ress.
单壁碳纳米管束
SCIENCE VOL. 273 26 JULY115 996
3.3.1 化学气相沉积法（CVD）
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的 温度 (500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、 苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管
优势：产量大 生产方法简单 重复性高
不锈钢 凯夫拉纤维
杨氏模量（TPa） ~1 (from 1 to 5)
0.94 0.94 0.92 0.2-0.95 0.186-0.214 0.06-0.18
抗拉强度（GPa） 13-53 126.2 94.5
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
3.4 其它制备方法
固相热解法 水热晶化法 太阳能法 电解法 溶胶凝胶法

碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳 米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身 是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。 管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含 五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边 锥形多壁结构。它主要由呈六边形排列的碳原子 构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持 固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。
发展前景（二）

用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐 腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材 料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境 造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性 能好。碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活 性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端 面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成 金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、 热膨胀系数小、抵抗热变性能强。
三，基本性能柔韧性 Fra bibliotek学性能 强硬性
性能
导电性
传热性
力学性能

强硬性：碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs
抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却 只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级； 它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相 当，约为钢的5倍。

柔韧性：碳纳米管拥有良好的柔韧性，可以

拉伸。莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置 于1011 MPa的水压下(相当于水下10000米深 的压强)，由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。 撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了 形状，表现出良好的韧性。
导电性和传热性

导电性：由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构

目前的储氢材料都不能满足这一要求。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
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纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
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• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
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学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
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结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
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氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。

墨电弧法制备纳米碳管装置图
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3.1 电弧法
复合电极电弧催化
掺有过渡金属其氧化物（如Fe, Co, Ni, Mo等）的石墨为电极
优势： 产物为SWNTs 副产物少 纯度高
催化剂粉末
劣势：产物中掺有少 量催化剂
复合电极电弧催化制备纳米碳管装置图 1.冷却水 2.真空 3.氦气
ppt课件
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10nm
单壁碳纳米管束
ppt课件 SCIENCE VOL. 273 26 JULY115 996
3.3.1 化学气相沉积法（CVD）
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的 温度 (500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、 苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管
优势：产量大 生产方法简单 重复性高
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
16-60 ~2
碳纳米管西装 ——防弹衣
ppt课件
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2 碳纳米管的应用
在电磁学领域的应用
金纳米团簇-多壁 碳纳米管修饰电极
碳纳米管电 化学传感器
ppt课件
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2 碳纳米管的应用
在催化剂材料领域的应用
在储氢材料领域领域的应用
chiral型SWNT5
1 碳纳米管的结构与特性
多壁碳纳米管 可视为“同轴多层碳圆柱体的组装体”– Russian doll 层间距~0.34 nm 多层碳圆柱体间由弱的Van de Waals力提供绑缚力
单壁碳纳米管 SWNTs
多壁碳纳米管 MWNTs
ppt课件
6
2 碳纳米管的应用
在力学领域的应用

匀混合后可用于固相热解法。
.
一般说来，碳源的选择不影响产物的性质，但是 对碳纳米管的成长速率有一定的影响。不同的碳 源，分解温度不同，因而热传导率也不同。另外， 在反应中加入一些生长促进剂(如硫、磷、唾吩等) 可以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。 此外，载体法中随着碳源的分解，碳的浓度和压 强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时，便开 始在催化剂颗粒上沉积成核，开始碳纳米管的生 长。所以与其它方法相比，载体催化热解法能充分 利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。
场对碳管的开口生长起稳定作用并诱导碳纳
米管生长。而Zhang等认为，电弧条件下的 CNTs生长是阴极上的场发射结构与等离子体
相互作用的结果。Satio等认为电场的静电引 力是碳纳米管生长的原因，在电场力作用
下，液态的小微粒呈椭圆形，并沿着电场作 .
用方向生长。
➲ 电弧法制备碳纳米管的生长机理 在观察电弧法制备的纳米管结构时发现，很 难用闭口模型生长机理来解释其结构的形成， 例如：闭口生长模型不可能解释为什么在多壁 的生长过程中内层的长度和外层的不同。另 外，在如此高温下，碳管沿径向和轴向同时生 长，所有的同轴碳管将瞬间形成，表明这种生 长更倾向于开口生长。
超声震荡2h后，在N2(压力200kPa)中磁力搅 拌下微孔过滤，大部分的金属纳米粒子和碳纳 米球都进人滤液而被除去，最后所得SWNTs 的纯度>90%。与此同时，Shelimov等发现 结合超声振荡技术和微量过滤方法，可将由激 光蒸发法制备出的SWNTs从含有无定形碳、 石墨多面体和金属催化剂微粒等杂质的产物中 有效地分离出来。在过滤过程中，超声技术的 引人可以防止过滤器受到污染，同时还可以保 持一个充分分散的碳纳米管与纳米颗粒共存的 悬浮液环境。由于起始原料的不同，这种方法 可以得到产率为30%~70%、纯度>90%的单 壁碳纳米管，由于超声. 展荡的切割作用，纯化

CNT应用及理论
超级电容器
比表面积大（250-3000m2/g) 碳纳米管电容量可到每克15-200F，目前数千法拉的电容器已被生产 单壁碳纳米管电容量一般为180F/g，多壁碳纳米管电容量一般为102F/g 单壁碳纳米管电容器功率密度可达20KW/kg，能量密度可达7Wh/kg
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第23页/共68页
背景介绍
储氢性能：
碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0.335nm)略 大的层间距(0.343nm)，是否具有更加优良的储氢性能， 也成为科学家们关注的焦点。
1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的 储氢性能做了研究，SWNT在0℃时,储氢量达到了5%。
Declutch指出:一辆燃料机车行驶500km,消耗约 31kg的氢气，以现有的油箱来推算，需要氢气储存的重量 和体积能量密度达到65%和62kg/m3。
3.纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射 孔结构及比表面积 电子衍射 拉曼光谱
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背景介绍
碳纳米管的表征
碳纳米管的原始状态：团聚状态，束状
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背景介绍
碳纳米管的表征
有机DMF（N，N-二甲基甲酰胺）中超声分散后碳纳米 管的SEM（左）与TEM（右）
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随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生表面话性剂生物小分子共轭聚合物和dna在碳纳米管上的缠绕吸附模型非共价表面改性随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生文献中非共价修饰助溶碳纳米管所采用的各种化合物非共价表面改性随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生cnt树脂基复合材料研究芘衍生物与碳纳米管非共价作用吸附在碳纳米管上同时芘作为link盯将生物太分子与碳纳水管连接在一起非共价表面改性随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生碳纳米管表面的改性共价表面改性cnt树脂基复合材料研究各种功能化碳纳米管示意图随着电能应用的不断拓展以电能为介质的各种电气设备广泛进入企业社会和家庭生活中与此同时使用电气所带来的不安全事故也不断发生cnt树脂基复合材料研究各种功能化碳纳米管示意图共价表面改性在碳纳米管表面共价接枝高分子也是一类共价修饰碳纳米管的方法

➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
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优点：相对于电弧法和激光蒸发法而言,化学气相沉 积法因具有合成温度较低 产量高、 纳米碳管的直 径及螺旋性易控制等优点而逐渐成为合成纳米碳管 的一种主要方法。 缺点：产率较低且反应气体不能重复使用
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由单层石墨片绕中心按一定角度卷曲而 成的无缝、中空纳米管。
单壁碳纳米管 直径为1-6 nm
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2）特 性
•更为典型的一维结构 •无层间交互作用
单壁碳纳米管
•超级力学性能（钢的100倍）
•极强的吸附性能 优异的储氢特性
•更适于研究和理解碳管电子结构和输运现象
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4 制备方法
第3页/共25页
碳纳米管的结构
• 碳纳米管是石墨管状晶体 • 是单层或多层石墨片围绕中心按一定
的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管
① 单壁碳纳米管（SWNTS）
碳纳米管
• 种类：
② 多壁碳纳米管(MWNTS)
长径比100～1000，甚至10000，为线状物
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图示呈线状物
（1）定义：
碳的同素异形体
制备方法总结
制备的主要目标：（1）连续批量生产；（2）结构分布 均匀且可控；（3）成本低，纯度高; 有待优化的关键因素：（1）碳源；（2）催化剂及载体； （3）制备条件; 符合实际生产、能大批量制备的方法是石墨电弧法和化 学气相沉积法。
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5 应用
储氢材料 电子领域 高强度复合材料领域 生物医学领域
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谢谢
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★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。

.
9
分离提纯
➢ 碳纳米管在进行结构表征、性能测试和应用之前，通常须进行分离与提纯 ➢ CVD碳纳米管，根据应用需要，有时须进行高温石墨化处理以提高其结构完整性
合成产物中，常伴有大量杂质，如无定型碳、富勒烯、金属催化剂等 常用的提纯方法 氧化法和高温热处理
直接合成的SWNT
提纯后的SWNT
.
10
应用领域
AFM image
CNT电性能测试装置（左） 电性能测试结果（右）
.
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➢ 热性能
性能
热稳定性 真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC 热导率 理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1
❖ 单根MWNT（直径14nm）的热导性测 试结果
❖ 插图为用于热导性测试的微器件，标 尺为10μm
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的温度 (500-1200℃)下热解碳 源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管 可生产SWNT和MWNT 成本低，收率高，可大量生产 碳纳米管的管径在很大程度上依赖于催化剂颗粒的成分和尺寸，分布较宽；较多的结晶
缺陷，石墨化程度较低，常发生弯曲和变形，管端和管壁上包有催化剂颗粒
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应用前景
蜘蛛衣”的吸附力取决于与固体表面接触处 的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几 到几十纳米，相当于头发丝的1/10万，因此一 片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管， 由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的200倍。 把一双用这种材料制成、手掌面积为200平方 厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可以同时吊起 14个重量为83公斤的壮汉。当然，要移动也很 简单，只要沿着表面稍微上下左右挪动一下， 粘结处就会一点点断开。