碳纳米管术语

碳纳米管综述

摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。

引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon

nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。

正文：

碳纳米管的制备：

碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。

电弧法

利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。

T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。

近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。

综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。

催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)

催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。

碳纳米管（CNTs）

班级：材料化学班 姓名：唐建 学号：20110513427

摘要：1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。从此便引发了碳纳米管研究的热潮和近十几年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。本文主要分为两部分：

1、对纳米材料及碳纳米管的相关知识进行介绍

2、于应用层次，讨论纳米材料及碳纳米管的应用前景

关键字：纳米材料概述 碳纳米管 热点及应用

1、引言

生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物；信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网几乎可以改变人们的生活方式。而纳米科学技术作为二十一世纪的主导产业，又将给人们带来怎样天翻地覆的改变呢？„„

2、理论知识

2.1 纳米材料概述

纳米材料:指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。从材料的结构单元层次来说，它处于宏观物质和微观原子、分子之间的介观领域。在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

纳米科学技术：研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。

2.2 纳米材料的特性

2.2.1纳米材料的体积效应

体积效应中的典型例子是久保理论。其是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。该理论把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态，并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级，并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为:δ=4EF/3N

- 1 - 长管碳纳米管

近几十年来，随着科技的发展，科学家开始研究微小的分子和原子，不断发现新的物质。碳纳米管，作为这一类纳米结构，是科学家最近发现的一种新材料。与传统材料相比，碳纳米管具有优越的物理和化学性能，如高强度、高模量、高抗腐蚀性、高热导率以及高电导率等，可以用于制造结实耐用的机械部件，这使得碳纳米管成为当今科学技术领域的一个非常重要的发展领域。

早在1996年，科学家就发现了长管碳纳米管。长管碳纳米管是一种独特的纳米结构，它的直径一般在1-10nm之间，而长度可以达到数百纳米，甚至数微米的程度。另外，长管碳纳米管的壁厚仅为数个原子，因此，其具有非常低的密度，高刚度以及高热稳定性等特点。

长管碳纳米管有多种制备方法。其中，最主要的方法是以气相碳烯基化合物为原料，在高温下经过一系列复杂的化学反应而制备出来的，这种方法可以在实验室和工业上都有效的实现，也可以用于大规模生产。

此外，由于长管碳纳米管具有优良的物理和化学性能，因此可以用于多种领域。例如，长管碳纳米管可以用于纳米电子和光电子学领域，它可以被用作电子器件、光电池和光电子元件等；长管碳纳米管也可以用于生物医学领域，可以作为药物载体，它还可以作为纳米催化剂，用于化学反应的加速；此外，长管碳纳米管也可以用于新能源领域，如太阳能电池、燃料电池和氢能技术等，它还可 - 2 - 以用于航空航天领域，如太空降落伞等，以及环境保护领域，如污染净化膜等。

从以上可以看出，长管碳纳米管是一种新型材料，具有优异的物理和化学性能，可以应用于多种领域。经过几十年的研究，长管碳纳米管的应用正在日益普及，它的发展是当今科技的一大动力。相信在未来，随着科技的进步，长管碳纳米管在各个领域的应用将会得到更多的发挥，为人类社会做出更大的贡献。

碳纳米管术语

碳纳米管是目前材料科学领域的热点之一，它的出现不仅极大地推动了物理学、化学、材料科学等多个学科的发展，而且在电子学、化学、生物学、能源等领域都有着广泛的应用。在碳纳米管研究领域，有一些专业术语是我们必须掌握的。本文将介绍一些关于碳纳米管的术语，帮助大家更好地了解碳纳米管这种材料。

1. 碳纳米管（CNT，Carbon Nanotube）：碳纳米管是由碳原子构成的纳米管状结构，其最小直径只有1纳米左右，长度从几百纳米到数微米不等。碳纳米管有着超强的韧性、高导电性、高热导率和优异的力学性能，具有广泛应用前景。

2. 单壁碳纳米管（SWCNT，Single-Walled Carbon

Nanotube）：指由一层碳原子组成的碳纳米管，其直径一般在1-2纳米之间。单壁碳纳米管在光电、光催化、生物医药、电化学储能等领域具有广泛应用前景。

3. 多壁碳纳米管（MWCNT，Multi-Walled Carbon

Nanotube）：指由多层碳原子组成的碳纳米管，由于其具有更多的分子层，因此其直径更大，一般在10-50纳米之间。多壁碳纳米管在强化复合材料、涂料、电子器件等领域有广泛应用。 4. 碳纳米球（CNC，Carbon Nanocage）：由碳原子组成的球状结构，类似于足球的外形，具有大的内部空腔和大的比表面积，具有广泛的应用前景，如催化、气体储存、生物医药等领域。

5. 长度-直径比（L/D，Length/Diameter Ratio）：指碳纳米管的长度与其直径的比值。在力学性能方面，长的碳纳米管比短的更具有韧性。

6. 层间距（d-spacing）：指多层碳纳米管中每层之间的距离。层间距是影响碳纳米管力学性能和导电性等物理化学性质的重要参数之一。

7. 碳纳米管电极（CNT Electrode）：利用碳纳米管的优异导电性质制成的电极，可以用于储能器件、传感器、电化学反应等。

8. 碳纳米管功能化（CNT Functionalization）：通过化学方法可以在碳纳米管表面引入各种官能团，以获得不同的物理化学性质和实现不同的应用，如生物医药、电子器件、催化剂等。