碳纳米管的研究进展

关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。

这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。

之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。

1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。

年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。

1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。

1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。

1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。

1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。

2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。

2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。

2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。

而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。

因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。

目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。

一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。

碳纳米管研究报告碳纳米管是一种新兴的材料，它既具有高强度又有超强的耐腐蚀性，在未来将会发挥重要作用。

本文将结合碳纳米管的化学特性、力学性能、电学性能和生物医学应用，对它进行深入研究，旨在发掘它的潜力，未来能够更好地应用它。

一、碳纳米管的化学特性碳纳米管具有较高的碳氧化物结构，具有超强的耐腐蚀性。

其表面具有一定的电荷，这可以改变它的生物活性，增加其作为纳米材料的有效性。

此外，还有一些碳氧化物，如碳酸钙等，具有很好的附着力，对于不同的应用有着不同的功能。

二、碳纳米管的力学性能碳纳米管有着优异的力学性能，其弹性模量的大小可以根据其结构而定，它们有着非常高的抗弯强度，抗拉强度比钢材还要高，耐磨性也比钢材高。

同时，它们还具有很强的抗冲击能力，甚至在超高温下也能保持一定的强度。

三、碳纳米管的电学性能碳纳米管也具有优异的电学性能，其电阻率极低，可以大大提高电子材料的效率；其容量也极高，约为石墨烯4倍，能够有效地储存电能。

此外，它们还具有良好的导电性，可以抑制电路的失效，这在电子制造领域有重要作用。

四、碳纳米管的生物医学应用碳纳米管也可用于生物医学领域。

由于它们具有超强的耐腐蚀性及其高强度，可以用来制造医疗设备、改善人体组织修复治疗效果等。

另外，它们还可以用于基因治疗，具有增强免疫力的功效；用于抗癌药物的药物载体，以最大程度地抑制癌细胞的生长；在细胞快速传输信号的实验中，用于提高和优化实验效果等。

以上就是碳纳米管的一些特性和应用。

综上所述，碳纳米管有着较高的力学性能、超强的耐腐蚀性和良好的电学性能，以及众多生物医学应用，拥有着前所未有的潜力及应用前景。

未来需要加强对它的研究，进一步开发其功能，以及制定更好的应用方式，以期达到最佳效果。

碳纳米管的研究及其应用前景碳纳米管是一种由碳原子旋转而成的纳米管，具有很高的机械强度、导电性和导热性，因此在众多领域中有着广泛的应用前景。

本文介绍碳纳米管的研究进展、特性及其应用前景。

一、碳纳米管的研究进展碳纳米管最早于1991年被日本学者发现，随后引起了国际科研工作者的极大兴趣，致力于对其结构、物理化学性质以及制备和应用等方面的研究。

目前，制备碳纳米管的方法主要有化学气相沉积法、电弧放电法、化学氧化还原法、模板法等。

其中，化学气相沉积法是迄今为止制备碳纳米管最常用的方法之一。

其基本原理是利用气相生长过程，在高温下使碳源分解产生碳原子并在催化剂的作用下聚集形成碳纳米管。

同时，随着对碳纳米管结构和性质方面研究的深入，科学家们也逐渐认识到碳纳米管的一些重要优点，如其高比表面积、导电性能稳定、机械强度高、化学惰性强等等，这些特性使得碳纳米管有着广泛的应用前景。

二、碳纳米管的物理性质碳纳米管是目前已知最好的纳米导体，其电阻率比铜高约10倍，导电性能稳定性高且电阻率稳定。

此外，碳纳米管的力学性质也十分卓越。

由于其单壁管结构的特殊性，碳纳米管具有极高的机械强度，在弯曲时也不会出现扭曲或弯曲。

碳纳米管还具有极强的导热性能，其蒸发冷却能力甚至可以超过铜。

此外，与金属导体相比，碳纳米管的热容量更小，这使得其在热管理领域中有着广泛的应用前景。

三、碳纳米管的应用前景由于碳纳米管具有多种独特的物理特性，因此有着广泛的应用前景。

1.电子领域由于其极好的导电性能，碳纳米管被广泛应用于电子领域。

例如，它在晶体管、电极和其他电子设备制造中的重要作用，以及在集成电路与纳米电子学领域的应用。

2.能源领域碳纳米管在能源领域中也有着广泛的应用前景。

例如，碳纳米管的高效导电性能使其成为良好的电池材料，而其高导热性使其的应用范围扩展至太阳能电池和热电转换器等方面。

3.材料学领域碳纳米管的极好的力学性能，使其成为了高强性材料的潜在替代品。

由于其良好的机械强度和高导电性能，在复合材料领域中有着广泛的应用前景。

碳纳米管技术的研究和应用前景随着科技的发展，碳纳米管技术成为新兴领域。

碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有优良的导电、导热性能、高强度、轻质、高表面活性等特点，被广泛地应用于能源、材料、电子、生物医学等领域，并且具有非常广阔的应用前景。

一. 碳纳米管的发现1985年，日本科学家Sumio Iijima在透过透射电子显微镜观察相变微结构时，在石墨棒中发现一种空心管状物质，它的直径只有几个纳米，但却非常长，长达数百微米，这就是碳纳米管。

碳纳米管主要由碳原子构成，呈同心圆管状结构，在管壁上以蛇形排列呈单一或多层的结构。

二. 碳纳米管的结构特点碳纳米管是由一层薄而坚韧的碳原子形成的，具有优良的力学稳定性，可以承受高达100Gpa的拉力。

此外，碳纳米管的直径一般在1-100纳米之间，长度可以达到好几个微米，具有高欠垂直度，呈现出一些独特的光学和电学特性。

三. 碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术目前主要有热解法、甲烷化法、等离子体增强化学气相沉积等。

其中，等离子体增强化学气相沉积技术具有高效率、高质量、可控性强等优点，在制备高质量碳纳米管方面具有较高的研究价值和应用前景。

四. 碳纳米管的应用前景碳纳米管在能源、材料、电子、生物医学等领域均有广泛应用。

其中，在能源领域，碳纳米管可以用于储氢、储能等方面；在材料方面，碳纳米管可以制备出复合材料、纳米复合材料，提高材料的强度、导电、导热性能，被广泛应用于汽车、飞机等领域；在电子方面，碳纳米管可以制备纳米计算机、纳米传感器等应用，也能用于电子显示器件领域；在生物医学方面，碳纳米管可以作为靶向治疗药物所用的载体，以及早期癌症的诊断与治疗。

由此可见，碳纳米管在各个领域都有广泛应用前景。

五. 碳纳米管技术的研究方向碳纳米管技术的研究方向主要有以下几个：1. 碳纳米管的合成和表征；2. 碳纳米管的应用技术和产业化；3. 碳纳米管的毒理学和安全性评价；4. 碳纳米管的功能化和修饰；5. 碳纳米管与其他材料的复合。

Material Sciences 材料科学, 2020, 10(12), 952-956Published Online December 2020 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2020.1012114碳纳米管(CNT)纯化研究进展王白雪1，蒋姝1，陈顺才1，黄承洪21重庆轻工职业学院，重庆2重庆科技学院，重庆收稿日期：2020年11月16日；录用日期：2020年12月14日；发布日期：2020年12月21日摘要碳纳米管自被发现以来，由于其独特的分子结构与电化学特性，有望在物理、化学、生物等领域获得巨大的应用，而引起广泛的重视。

但由于规模化生产等工艺原因导致其含有较多的杂质，获得纯净的单壁(SWCNT)就显得较为困难。

本文就当前SWCNT的纯化方法包括氧化法、生物高聚物法、卟啉超分子法等纯化SWCNT进行了综述，为该领域的研究者们提供参考。

关键词碳纳米管，纯化Research Progress of Single Wall CarbonNanotubes (CNT) PurificationBaixue Wang1, Shu Jiang1, Shuncai Chen1, Chenghong Huang21Chongqing Light Industry Polytechnic College, Chongqing2Chongqing University of Science and Technology, ChongqingReceived: Nov. 16th, 2020; accepted: Dec. 14th, 2020; published: Dec. 21st, 2020AbstractCarbon nanotubes are taken more seriously importance since it was found as it has unique struc-ture and electrochemical characteristics. But, it usually carried impurities, which attributed to the inherent fabrication method of large-scale production. So, it is difficult to obtain unadulterated王白雪等CNT. This paper mainly reviews the progress of the purification of CNT by many methods including oxidation process, handling of acid, treatment of polymers and porphyrin supermolecules, etc. It aims to offer references for related researchers.KeywordsCarbon Nanotubes (CNT), PurificationThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)被发现以来就成为业界研究的热点[1]。

碳纳米管的制备方法研究进展一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料，受到了广泛关注。

碳纳米管因其出色的电学、力学、热学等特性，在能源、电子、生物医疗等领域具有巨大的应用潜力。

然而，碳纳米管的规模化制备及其性能优化仍是当前研究的热点和难点。

本文旨在综述近年来碳纳米管制备方法的研究进展，分析不同制备方法的优缺点，探讨未来可能的发展方向，以期为推动碳纳米管的实际应用提供理论支持和技术指导。

文章首先回顾了碳纳米管的基本结构和性质，为后续研究方法的介绍奠定基础。

随后，重点介绍了化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法等多种碳纳米管制备方法的研究进展，分析了这些方法在制备过程中的关键因素及其对碳纳米管性能的影响。

文章还关注了新兴制备方法如溶液法、模板法等在碳纳米管制备中的应用，以及这些方法的创新点和挑战。

通过对已有文献的梳理和评价，本文总结了当前碳纳米管制备领域的主要成果和不足，展望了未来的发展趋势。

未来，随着科学技术的不断进步，碳纳米管的制备方法将更加多样化、高效化，有望为碳纳米管的产业化发展奠定坚实基础。

二、碳纳米管的基本性质碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种由碳原子以特定方式排列形成的一维纳米材料，自从1991年被首次发现以来，因其独特的结构和性质，已成为纳米科学和技术领域的研究热点。

碳纳米管的基本性质主要体现在其结构、电学、热学和力学性能上。

结构上，碳纳米管可以看作是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝管状结构，这种独特的结构赋予了碳纳米管出色的物理和化学性质。

电学方面，碳纳米管因其特殊的电子结构和量子限域效应，表现出优异的导电性能，既可以是金属性，也可以是半导体性，这取决于其直径和螺旋度。

热学方面，碳纳米管具有极高的热导率，使其成为潜在的散热材料。

力学性能上，碳纳米管具有超高的强度和模量，比钢强而轻，这使得它在复合材料增强和纳米机械等领域具有广阔的应用前景。

碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。

广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。

当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。

纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。

从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。

1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。

碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。

长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。

直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。

1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）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。

碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。

碳纳米管综述碳纳米管的研究进展自20世纪90年代初，日本NEC公司的Sumio Iijima 发现碳纳米管（CNT）以来，其特异的力学和电学性质引发了世界范围内的研究热潮，碳纳米管逐渐成为纳米材料中的明星，得到众星捧月般的关注。

当前，碳纳米管的研究还处在早期阶段，研究工作主要集中在它的生长和表征上，到碳纳米管产品大量投放市场还需要一段时间。

这并不奇怪，因为通常一种新兴事物从发现到投放市场需要10年左右时间。

人们将跨越碳纳米管的奇妙性质研究阶段，而着手解决从材料到器件、从器件到系统等诸多实际问题。

相信在不远的将来，碳纳米管会走进我们的日常生活，成为我们工作和生活中不可或缺的一部分。

我国的碳纳米管研究队伍十分庞大，从事碳纳米管研究的高校和科研院所不下50家，人数不下2000人。

国家有过部门高度重视碳纳米管研究，科技部973计划、863计划以及刚刚启动的纳米重大研究计划、国家自然科学基金、中国科学院等对此均有部署。

我国科研人员发表的相关学术论文逾4400篇，占纳米管论文总数的21%以上，这反映了国内碳纳米管研究的活力和实力。

碳纳米管的分类石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。

单壁碳纳米管（SWNT）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。

SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。

因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。

多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。

其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。

多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。

多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。

碳纳米管在能源领域的应用研究进展申永涛;张爱波【摘要】Carbon nanotubes as a new type of carbon materialshavecomplete molecular structure.On the structure,it has the special shape of hollow tubes configuration, good electrical conductivity, high specific surface area,good chemical stability, the space for electrolyte ion migration and the network structure of nanometer scale through winding and interaction. As electrode materials,itcan well improve the power characteristics, stability andother aspects of capacitorsandfuel cells. Special hollow structure and high specific surface area make itbecomea hydrogen storage material with great application potential.Inthis paper,application and research progress ofcarbon nanotubes in hydrogen storage materials, super capacitorsand fuel cellswere introduced.%碳纳米管作为一种新型的具有完整分子结构的碳材料，在结构上具有特殊的中空管状构型、良好的导电性、高比表面积、化学稳定性、适合电解质离子迁移的空隙、以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构等优点，作为电极材料可以很好的提高电容器和燃料电池的功率特性、稳定性等多方面的性能。