碳纳米管 ppt课件

碳纳米管介绍
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从碳60到碳纳米管（CNT）
C60分子被看作是碳材料的零维形式
C60及富勒烯化合物
1985年英国Sussex大学的Kroto教 授和美国Slice大学的Smalley教授 发现
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碳纳米管是碳材料的一维形式
碳纳米管（CNTs）
1991年，日本科学家饭岛 （Iijima）发现，在《Nature》 发表文章公布了他的发现成果， 这是碳的又一同素异型体。
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碳纳米管结构形态
普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
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螺旋型
其他异型
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碳纳米管的分类
(n,n)
(n,0)
根据碳纳米管中碳六边形网格 沿轴向的不同取向，可将其分 为扶手椅型，锯齿型和螺旋型 三种(如图所示)。
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
(b) 七边形的引入导致六边 形网格平面负向弯曲
Y-型结构的碳纳米管
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各种基于碳纳米管的结
分子结(Intramolecular Junction) 是 指通过在单壁碳纳米管中引入一对五边 形-七边形缺陷将两段或多段 单壁碳纳米管连接起来而形成的结。
碳纳米管有金属型(简记为M)和半导体 型(简记为S)两种之分，因此组合起来 就可能有MM、MS和SS三种分子结。 研究发现：MS分子结有着非线性的I-V 特性，好像一个整流二极管；而MM分 子结表现出的电导对温度呈a次方依 赖关系。
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Armchair (n,m)=(5,5)
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Zigzag (n,m)=(9,0)
不规则结构的碳纳米管
碳纳米管表面的结构主要以 六边形为主，在产生拓扑缺 陷的位置会出现五边形或七 边形。
实验观察到碳纳米管表
面的六边形网格中若出现五 边形或七边形，就会产生不 规则结构。
(a)五边形的引入导致六边形 网格平面正向弯曲；
First papers about SWCNT
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多层碳纳米管的图例
双层碳纳米管
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多层碳纳米管
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碳纳米管结构简介
• 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同 轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子 网格组成。
• 根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳 纳米管；
• 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别 为tube0s.7）5～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes
• 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）： 含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从 2(0～.3540n不m)等相，当层。间多距壁为管0的.34典±型0.直01径nm和，长与度石分墨别层为间2～距 30nm和0.1～50μm。
（a）(4,2)碳纳米管未卷曲的蜂窝状晶格结构，碳管的螺旋矢量Ch由矢量OA确定，平移
矢量T由矢量OB确定，方框OAB′B表示碳管的一个晶胞；
（b）(4,2) 碳纳米管示意图，平ppt移课件矢量T也在图上标出.
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每个单壁碳纳米管都有一个特定的螺旋矢量Ch，它的表示如下： Ch = na1 + ma2 其中，a1、a2为基矢，n、m为整数。 如图所示，通过卷曲使晶格O点(0,0)和任意等价晶格A点(n, m)重合， 就可以得到一个无缝碳原子的圆柱面。
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单壁碳纳米管可以看成石墨烯卷曲而成的空心圆柱体。 如果定义a1和a2为石墨烯的基矢，则可利用两个参数m和n描述特定的碳 纳米管，由此可以得到碳纳米管的许多重要物理量，包括直径、螺旋角、 卷曲类型、导电性质、态密度、单位体积原子数等等。
单壁碳纳米管的直径一般较小，故圆周方向（径向截面）上的碳原子着通 常很少（10～40个），但是沿圆柱轴向的长度大得多，通常可以达到微 米数量级。
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碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子 显微镜专家Iijima（饭岛澄男）发现了多壁碳 纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ， MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。， 最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm 到3-4nm，长度可达几微米。
矢量OA即为螺旋矢量Ch。 Ch与基矢a1可以决定一个角度，即所谓的螺旋角θ。
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Ch = n a1 + m a2
碳纳米管横切面周长-L
Ch
碳纳米管的直径-dt
La
dt


n2 nm m2
tg 1 3m 2n m
n m 3q, q是整数 表现金属性
二维石墨片层按不同方向卷曲形成的 不同结构的碳纳米管
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单层碳纳米管的图例
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽， 是由适当数目和位置的五边形和六边形构成
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不同类型的碳纳米管的标定及其结构示意图
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First paFra Baidu biblioteker about carbon nanotubes
Sumio Iijima: “Helical microtubles of graphitic carbon” Nature, 354 (1991), 56.
S. Iijima （飯島澄男）
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Y. Ando（安藤義則） 4

other
表现半导体性
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a=0.144nm* 3
在石墨中，C-C键长是0.142nm； 在碳纳米管中，C-C键长为 0.144nm。
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按手性分分类：
在晶体学中，只靠平移和旋转操作 无法使自身完全重合的晶体称为手 性型晶体。
按手性分类，碳纳米管可以分为非 手性型（对称型）和手性型（非对 称型），其中手性碳纳米管又被称 为“螺旋式”碳纳米管；非手性型 碳纳米管又可以分为“椅式”和 “锯齿式”两种。
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