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官能团化碳纳米管的表征金劭;骞伟中;魏飞;张敬畅【摘要】采用不同酸处理方法对碳纳米管进行官能团化,并用酸碱滴定、红外光谱和拉曼光谱对碳纳米管进行表征.结果表明,酸处理后在碳纳米管表面引入羰基、羧基及羟基官能团,碳纳米管的缺陷程度、总酸量以及羧基含量取决于氧化温度、酸类型、处理时间和酸浓度;羧基的引入需要强氧化作用,总酸量和羧基含量随着氧化程度的增强而增加;可以通过控制处理条件改变碳管表面官能团的种类和数量.【期刊名称】《北京化工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2010(037)006【总页数】5页(P55-59)【关键词】碳纳米管;拉曼光谱;缺陷程度;官能团化【作者】金劭;骞伟中;魏飞;张敬畅【作者单位】北京化工大学,理学院,北京,100029;清华大学,化工系,北京,100084;清华大学,化工系,北京,100084;北京化工大学,理学院,北京,100029【正文语种】中文【中图分类】TB383碳纳米管 (CNTs)是一类具有小直径,大长径比,大比表面积及具有优良导电、导热及电子传输性的纳米材料,在场发射、分子电子器件、复合增强材料、储氢材料、催化剂等众多领域取得了广泛应用[1-5]。
但由于 CNTs表面惰性,为了增强其与高分子主体的结合力或与负载金属的结合力,通常会通过表面修饰在 CNTs的端口或侧壁上引入 OH、CO和 COOH等官能团[6-9]。
无机酸由于价廉且操作简便,常被用来对 CNTs进行氧化及官能团化。
虽然有大量文献报道[10-12]采用各种无机酸对CNTs官能团化的方法,但处理后样品的官能团化程度不同,CNTs被剪切的长短程度不同,产生缺陷程度不同等,这些因素均不利于重复前人工作数据及理解相关复合过程中导电与增强等效应。
而 CNTs的机械强度,导电性均取决于其结构的完美程度及较大的长径比,所以对 CNTs进行可控制性的官能团化既是增强 CNTs与主体结合力的关键,也是保持其结构完美性(对应于高机械性能和电子传输能力)的关键。
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。
3种酸氧化法制备的功能化多壁碳纳米管中含氧官能团含量的比较陈喆;何华;谭树华;查隽;黄继龙【摘要】通过定量测定碳纳米管表面含氧官能团对其功能化程度进行了评估.采用3种方法制备了酸氧化多壁碳纳米管(c-MWNTs),并对比了其分散稳定性,通过扫描电镜(SEM)和红外光谱法(FTIR)对其进行定性表征,分别用NaHCO3,Na2CO,及NaOH选择性地与c-MWNTs表面不同的酸性位点发生反应,利用酸碱滴定法定量测定其表面的含氧官能团,电位滴定法检测终点.结果表明:3种c-MWNTs中羧基和羟基的含量差别较大,各种含氧基团的含量依次为羧基＞羟基＞内酯基,浓HNO3-浓H2SO4超声法的功能化效果最佳.%The functionalization degree was evaluated by the determination of the oxygen-containing groups on carbon nanotubes. In this study, we prepared the acid oxidative multi-walled carbon nanotubes (c-MWNTs) by three methods and then compared their dispersion stability. The qualitative characterization of c-MWNTs was carried out by scanning electron microscope (SEM) and FTIR spectrometer. NaHCO3, Na2CO3 and NaOH were used to selectively react with the different acid sites on c-MWNTs surface. The concentration of oxygen-containing groups on c-MWNTs was determined by acid-base titration and the endpoint was judged by means of potentiometric titration. The result showed that the amount of carboxyl and hydroxyl were very different in three kinds of c-MWNTs.The order of the content is carboxyl ＞hydroxyl ＞ lactones. The effect of functionalization by concentratedHNO3/concentrated H2 SO1 under ultrasonication was the best.【期刊名称】《分析化学》【年(卷),期】2011(039)005【总页数】5页(P718-722)【关键词】多壁碳纳米管;酸氧化;电位滴定;含氧官能团【作者】陈喆;何华;谭树华;查隽;黄继龙【作者单位】中国药科大学,分析化学教研室,南京,210009;中国药科大学,分析化学教研室,南京,210009;药物质量与安全预警教育部重点实验室,南京,210009;中国药科大学,分析化学教研室,南京,210009;中国药科大学,分析化学教研室,南京,210009;中国药科大学,分析化学教研室,南京,210009【正文语种】中文碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)在药物转运载体中的应用备受关注，而将其纳入生物体系的关键是改善其在溶液中的分散性和溶解性。
聚氨酯/多壁碳纳米管复合材料电纺丝支架对成纤维细胞生长的促进*摘要：应用电纺丝方法制备纤维直径为300~500 nm 的多壁碳纳米管/聚氨酯复合材料，以无纺膜材料作为细胞支架，选择在促进组织修复和再生中起重要作用的成纤维细胞株作为实验细胞。
通过扫描电镜对多壁碳纳米管/聚氨酯无纺膜及聚氨酯无纺膜的微观形貌进行表征；通过细胞黏附实验、增殖实验以及细胞骨架发育观察，探讨无纺膜的微观纳米拓扑结构及多壁碳纳米管的复合对细胞的作用；并进一步采用双层细胞培养装置，分析多壁碳纳米管/聚氨酯无纺膜通过细胞通讯途径对在其他材料上生长的细胞生长行为的影响。
实验结果表明，无纺膜中的纳米纤维网络结构和多壁碳纳米管成分不仅能够显著促进细胞的黏附和增殖，而且有利于细胞的迁移和聚集；另外，生长在多壁碳纳米管/聚氨酯无纺膜支架上的细胞可能通过旁分泌方式将某些生物大分子分泌到细胞外液中，经局部扩散作用于在其他材料上生长的细胞，促进其增殖。
因此，多壁碳纳米管/聚氨酯纳米纤维无纺膜为细胞提供了接近天然细胞外基质的人造微环境，显示了该支架在引导组织修复和再生中的应用潜力。
0 引言组织工程支架在细胞生长和组织形成过程中起着重要作用，构建具有类似天然细胞外基质结构和功能的生物材料支架，为细胞提供理想的体外生长环境，是引导组织再生与修复的重要物质基础。
现有多种技术可用于制备三维多孔结构来满足这一条件，如沥滤[1]、相分离[2-3] 及自组装等[4-5]，其中静电纺丝技术是一种简单、经济的新型构建细胞生长支架的技术，利用该技术能够连续制备纳米级或亚微米级超细纤维，显示了在仿生天然细胞外基质方面的独特优势。
迄今为止，已经有多种生物材料用电纺技术被制备为纳米纤维支架，包括生物及合成聚合物，如胶原[6]、壳聚糖[7]、聚已酸内酯及聚苯乙烯等[8-9。
实验系统地分析了纳米纤维结构及多壁碳纳米管成分对细胞生长和分泌的影响，结果显示纳米纤维结构和多壁碳纳米管成分均可显著增强细胞黏附、增殖、迁移，其原因可能是两者可以促进细胞分泌功能，从而构建更有利于细胞生长的微环境。
碳纳米管在电子器件中的应用叶原丰;王淮庆;郝凌云【摘要】碳纳米管作为一种新型碳材料具有独特的纳米结构和优异的力学、电学、热学和物理化学性能,在各个领域显示出诱人的潜在应用价值和前景,引起了科学界广泛的研究.从碳纳米管的结构入手,综述了碳纳米管的热力学性质、场发射特性、导电性以及基于碳纳米管的结(对应于硅基微电子学中的二极管),场效应管(FET,对应于硅基微电子学中的FET)和单电子晶体管等三种电子器件的研究情况,并讨论了其在电子器件领域的应用.【期刊名称】《金陵科技学院学报》【年(卷),期】2010(026)002【总页数】5页(P19-23)【关键词】碳纳米管;性能;电子器件;应用【作者】叶原丰;王淮庆;郝凌云【作者单位】金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169;金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169;金陵科技学院材料工程学院,江苏,南京,211169【正文语种】中文【中图分类】O613.71自从1991年日本NEC的电镜专家 Iijima发现碳纳米管(carbon nanotube)以来[1],碳纳米管(CNT)作为一种新型的纳米材料,以其独特的物理、化学特征,重要的基础研究意义及在分子电子器件和复合材料等领域的潜在应用价值,日益受到人们的关注。
对它的应用研究主要集中在复合材料、氢气存储、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板、电子枪及传感器和显微镜探头等领域,已经取得许多重要进展[2-4]。
1 碳纳米管的结构碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类。
单壁碳纳米管(SWCNT)由单层石墨卷成柱状无缝管而形成(见图1),是结构完美的单分子材料,它的直径从零点几个纳米到几十个纳米,长度为几十个纳米到微米级,甚至毫米级;多壁碳纳米管(MWCNT)可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。
层与层之间距离约为0.34 nm,与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335 nm为同一数量级。
纳米实验力学中的相关测试技术摘要：材料纳观力学特性与纳米材料力学特性的测试是纳米实验力学的基本内容。
本文对纳米硬度技术、纳米云纹技术、扫描力显微镜技术等主要的几种纳米实验力学测试技术进行介绍，了解纳米力学实验技术的发展。
关键词纳米实验力学测试技术引言纳米力学从研究的手段上可分为纳观计算力学和纳米实验力学。
纳米计算力学包括量子力学计算方法、分子动力学计算和跨层次计算等不同类型的数值模拟方法。
纳米实验力学则有两层含义：一是以纳米层次的分辨率来测量力学场，即所谓的材料纳观实验力学；二是对特征尺度为1-100nm之间的微细结构进行的实验力学研究，即所谓的纳米材料实验力学。
纳米实验力学研究有两种途径：一是对常规的硬度测试技术、云纹法等宏观力学测试技术进行改造，使它们能适应纳米力学测量的需要；另一类是创造如原子力显微镜、摩擦力显微镜等新的纳米力学测量技术建立新原理、新方法。
本文中主要对当今几种主要材料纳观力学与纳米材料力学特性测试方法：纳米硬度技术、纳米云纹技术、扫描力显微镜技术等进行概述。
一、纳米硬度技术随着现代材料表面工程、微电子、集成微光机电系统、生物和医学材料的发展试样本身或表面改性层厚度越来越小。
传统的硬度测量已无法满足新材料研究的需要，于是纳米硬度技术应运而生。
纳米硬度计是纳米硬度测量的主要仪器，它是一种检测材料微小体积内力学性能的测试仪器，包括压痕硬度和划痕硬度两种工作模式。
由于压痕或划痕深度一般控制在微米甚至纳米尺度，因此该类仪器已成为电子薄膜、涂层、材料表面及其改性的力学性能检测的理想手段。
它不需要将表层从基体上剥离，便可直接给出材料表层力学性质的空间分布。
1、纳米压痕法纳米压痕硬度法是一类测量材料表面力学性能的先进技术。
其原理是在加载过程中试样表面在压头作用下首先发生弹性变形，随着载荷的增加试样开始发生塑性变形，加载曲线呈非线性，卸载曲线反映被测物体的弹性恢复过程。
通过分析加卸载曲线可以得到材料的硬度和弹性模量等参量。
碳纳米管的性能及其在口腔医学领域中的应用柏青;嵇晓利【摘要】碳纳米管(CNT)是一种具有特殊结构和性质的新型一维纳米材料.CNT具有优异的力学性能,良好的导热性能和极好的场致电子发射效应等优点,引起各国研究者的广泛关注.近年来.CNT在口腔医学领域的使用也逐渐增多,显示出良好的应用前景.本文就CNT的主要性能及其在口腔领域中应用作一综述.%Carbon nanotube (CNT) has attracted the attention of many researchers worldwide, due to its unique topological structure and properties including the remarkable mechanical strength, the highest thermal conductivity, extraordinary optical and outstanding field emission properties. In recent years, there are more and more applications of carbon nanotube in oral medicine field and suggest a promising future. This paper reviewed the properties of carbon nanotube and the development of its application in oral medicine field.【期刊名称】《国际口腔医学杂志》【年(卷),期】2012(039)005【总页数】4页(P657-660)【关键词】碳纳米管;性能;应用【作者】柏青;嵇晓利【作者单位】温州医学院附属口腔医院修复科,温州,325027;温州医学院附属口腔医院修复科,温州,325027【正文语种】中文【中图分类】R783碳纳米管（carbon nanotube，CNT）是日本电镜专家于1991年在高分子透射电镜下观察C60发现的新型碳结构。
纳米材料在生活中的应用——碳纳米管枕头碳纳米管枕头的作用：可浮动，有效保护颈椎，舒适透气，轻微按摩，安神助眠，随意翻身，减少打鼾，有效改善睡眠质量。
碳纳米管，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，在1991年1月由日本物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现。
碳纳米管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0.34nm，直径一般为2～20nm一、碳纳米管的制备方法：1.石墨电弧法石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工艺方法, 后经过优化工艺, 每次可制得克量级的纳米碳管。
此法是在真空反应室中充惰性气体或氢气, 采用较粗大的石墨棒为阴极, 细石墨棒为阳极, 在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗, 同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物。
采用此法合成纳米碳管时, 工艺参数的改变如更换阴极材料或改变惰性气体都将大大影响纳米碳管的产率。
除此之外, 改变在阳极组成或直径、或在石墨极中添加 Y2O3等, 也有很好的效果。
1991 年, Iijima 就是使用石墨电弧法来制备出纳米碳管的, 现在, 人们在尝试寻找简单的制备方法, 通过改变打弧介质来简化电弧装置。
液氮和水溶液都曾被用来替换氦气和氢气制备纳米碳管。
石墨电弧法具有简单快速的特点, 而且制得的纳米碳管管直、结晶度高。
但该法所生产的纳米碳管缺陷较多, 且纳米碳管烧结成束, 束中还存在很多非晶碳杂质。
究其原因是电弧温度高达 3000~3 700 ℃,形成的纳米碳管被烧结于一体, 造成较多的缺陷。
但在化学气相沉积法被发现之前,石墨电弧法仍是合成纳米碳管的主要方法。
2、化学气相沉积法其在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。
这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管。
碳纳⽶管介绍碳纳⽶管的研究摘要：本⽂简要介绍了碳纳⽶管的发现、结构，重点介绍了其制备、性质、应⽤和研究热点关键词：碳纳⽶管；发现；制备；结构；性质；应⽤；研究热点Research of Carbon NanotubesAbstract: In this article, the discovery and structure of carbon nanotubes are breifly introduced, while the preparation, property, application and research hotspot are emphasised. Key words: Carbon Nanotubes; Discovery; Structure; Preparation; Property; Application; Research hotspot0 引⾔⾃1991年⽇本电⽓公司的S.Iijima（饭岛澄男）教授[1]发现碳纳⽶管(碳纳⽶管)以来,碳纳⽶管因其优异的⼒学、电学和光学性能受到了越来越多的关注。
碳纳⽶管是由碳六元环构成的类⽯墨平⾯卷曲⽽成的纳⽶级中空管,其中每个碳原⼦通过sp2杂化与周围3个碳原⼦发⽣完全键合。
经过10多年的研究,碳纳⽶管的制备⽅法与表征⼿段逐渐完善,其产品开发和应⽤也取得了很⼤的进步。
⼈们对使⽤碳纳⽶管合成各种不同性能的应⽤材料的研究也在不断深⼊,主要包括电传导性、电磁性、结构加强材料、热分散性、光性能、复合电沉积、耐腐蚀、耐磨材料等。
碳纳⽶管在纳⽶电⼦器件、超强复合材料、储氢材料、催化剂载体等领域已有很⼤发展,在化学领域中也显⽰出许多独特的优点,引起了专家们的关注。
本⽂将着重介绍碳纳⽶管的性质及其应⽤。
1 碳纳⽶管的发现研究碳纳⽶管(Carbon Nanotubes，以下简称碳纳⽶管)的历史，可以追溯到1889年，⼀项专利阐明了如何制备⼀维碳纳⽶材料，产物中可能有碳纳⽶管。
电 镜 在 碳 纳 米 管 表 征 中 的 应 用 （粉末冶金研究院 学号：052620020 姓名：周建伟） 摘 要：本文首先总结碳纳米管的结构特点，接着对透射电子显微镜、扫描电子显微镜在碳纳米管的结构和形貌表征中的应用作了简要的概述。并对电镜图像作了初步的分析。 关键词：碳纳米管，透射电镜，扫描电镜，电子衍射谱 1991年，饭岛在Nature上发表的碳纳米管的论文，不但在电镜中观察到直径为1nm的管子，并给出合理解释。在这后，Nature连续发表了饭岛的六篇有关纳米碳管的论文[1]。之后，由于碳纳米管具有特殊的导电性能和机械性能，吸引着科学界广泛的兴趣和研究，碳纳米管在高强度纤维材料、复合材料以及纳米电子器件等方面具有广阔应用前景[2]。目前表征碳纳米管的纳米结构和形貌的手段非常有限，除了STM，XPS，XRD，Raman光谱等手段外，无疑电镜在碳纳米管的表征中也占有非常重要的地位。因为目前透射电镜的最高点分辨率已接近0.12nm，已经达到分辨单个原子的水平(较小的轻元素除外)，扫描电镜的二次电子像的分辨率也已达到3-4nm的水平[3]。为此，本文首先总结碳纳米管的结构特点，接着对透射电子显微镜、扫描电子显微镜在碳纳米管的结构和形貌表征中的应用作了简要的概述。
一、碳纳米管的结构及其透射电镜表征 碳纳米管是由一层或数层石墨片卷曲而成的高长径比的一种一维管状纳米结构。其中最重要的结构是单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。单壁碳纳米管被认为由一层石墨片卷曲而成，而多壁碳纳米管就好像由多个单壁碳纳米管形成的同心结构。这些碳管的性能随着他们的长度和半径的变化而变化。
单壁碳纳米管的石墨片层结构可以通过手性向量描述（见图1），而且存在下面的关系：
图 1 碳纳米管的手性向量和手性角的定义[4] 其中，n，m是任意的整数。和是二维石墨片层晶格的单位向量。碳纳米管的方向则和的方向垂直。 手性向量的绝对值实际上碳纳米管的周长：
其中，a - 单位向量或的长度 这个a的长度和C-C键长的关系为：
对石墨来说，=0.144nm。碳纳米管则稍微比这个值大一点。 通过周长c，还可以得到碳管的直径：D=c/π。 另外，还可以通过下式推出手性角Ө（图1）：
式中的n，m是任意整数。 由上可见，碳纳米管的结构由整数对（n，m）就可以描述了。通过不同的（n，m）可以将碳纳米管分为三类：当n=m时，为扶手椅型碳管（Ө=0o）；当m=0时，为之字型碳管（Ө=30o）；当n≠m时，为手性碳管（0o＜Ө＜30o）。（n，m）的值决定了碳管的手性和光学效应，机械和电性能。当碳管的|n-m|=3q时，表现为金属性；当碳管|n-m|=3q±1时，表现为半导体的特性（q为整数）。 多壁碳纳米管可以是同轴圆筒形，同轴多边形和卷曲的石墨片层结构（如图2示）。
图2 多壁碳纳米管的不同模型：(a) 同轴圆筒形，(b) 同轴多边形，(c) 卷曲的石墨片层结构[5] 尽管如此，在大多数有关碳纳米管结构的讨论及模型处理过程中，均默认了碳纳米管的管身部分为圆筒形。例如，为了解电镜中碳管的成像规律，一般按图3所示假设，在一个多重同轴套构碳管上（默认为圆筒形而非多边形），先选这样一个小结构单元，它是一族与管壁相切的、面间距为0.34nm的[0002]石墨面，碳管的整个圆周，可看成是这一小结构单元绕管轴在空间沿管壁切向环绕360o当电子束垂直于管轴入射时，正空间中与电子束平行的管轴两侧的管壁，分别给出间距为0.34nm的石墨0002点阵条纹像（图4）。 实际上，只要电子束不是沿管轴入射，这两组管壁0002条纹总能清楚呈现，这是碳管高分辨率像 图3 一个多重同轴管的空间示意图[7] 图4 碳纳米管的高分辨率电镜像[5] 的基本特征之一。同时，垂直于电子束的上、下两壁平面单元，可在一定条件下给出石墨的[0001]带轴六角晶格像。 在正空间结构相对应，管轴两侧平行于入射电子束的平面单元，在倒空间中给出石墨000l（l为偶数)型强衍射点。而正空间中与入射电子束垂直的平面单元，则在倒空间给出石墨hk,0型衍射点。由于正空间中小平面单元绕管轴360o切向环绕，因而在倒空间中造成了000l型和hk,0型点绕过倒易空间原点并平行于管轴作360o旋转，旋转半径为各自的倒易矢长度。在倒空间中形成圆形轨迹（图5）[7]。这些圆形迹线所在平面（P1,P2,P3,…,C1,C2,C3,…）互相平行，且都垂直于管轴方向。它们中心的联线平行管轴，且通过倒易空间原点。当电子束沿任何一垂直于管轴的方向入射时，垂直于电子束的Ewald球面与图5所示的倒空间结构相截，即得到实际拍摄的碳纳米管的电子衍射谱。
图5 非螺旋管的倒空间结构示意图[7] 图 6 多壁碳纳米管的典型电子衍射谱[5] 图6是一典型多壁碳纳米管的电子衍射谱，图中000l型衍射点很强，是由于正空间中平行于入射电子束的两壁上的平面族正好满足带轴定律。相反，hk,0型点如图中的类点的强度则弱得多。在一张衍射谱上能看到互相垂直的两个带轴方向衍射谱，是这类管状结构衍射谱的特征[7]。另外，除了000l型以外的斑点都有明显的条纹，方向与管轴垂直，强度自hk,0圆周向外减弱。而且这些斑点呈六边形排列，可归结为碳环的平面六角结构[6]。仔细观察可以看到，在这些指示点两旁，还对称分布有卫星点，它们位于以倒易矢长度和为半径的圆上。这类卫星点产生于实空间中的螺旋结构及由此造成的top-bottom效应，从而为螺旋形管的存在及对其螺旋度的研究提供了直接的实验证据[7]。 然而，上面简单的假设碳管为圆筒形（如图3 所示）与很多实际观测结果并不一致，如图7 所示，
图7 碳纳米管的高分辨率透射电镜像[8] 其左右两侧的投影并不完全对称，表明某些层片的层间距不相同。投影面的不对称性，反映出碳纳米管的管身并非标准的圆管结构，其截面可能多边形的切面结构。 为了深入分析图7的结果[2]，首先讨论一下电子束的实际投影效应。图8 所示为垂直入射电子束
图 8 电子束照射到碳纳米管上的原理简图 a) 弯曲处的情形 b) 不对称时的情形 照射到多边形碳纳米管某一弯角处的情形，有如下公式：
α α h d d h
β α h=d Cosβ/Sinα 式中 h - 弯角处的层间距（nm） d - 正常层间距（nm） α - 两平面间的内半角（o） β - 弯角平分线和水平线的夹角（o） 对于对称性良好的圆管形管身，有β=0，于是上式简化为： h=d /Sinα 对于图 7 不对称得情况，可用图8b来解释。左侧d和右侧h值是不一样的。当图8再旋转90o,左右两侧便会产生对称的条纹[2]。这种解释和实验结果相当吻合。因此，可以认为碳纳米管的管身部分是准直管结构，并且大多数由五边形所组成。这便是多壁碳纳米管除了同轴圆筒形，还有同轴多边形结构的有利证据。 至于，多壁碳纳米管卷曲的石墨片层结构（见图2）目前实验上的观察比较困难。 在大多数碳纳米管的分子结构模型中，其端帽部分是被认为是圆滑的，或者是由半球形所组成。然而，碳纳米管管身部分的准圆管或多边形特征以及实际所观察到的端帽的复杂性，意味着实际的端帽并不应该是圆滑的。图9为碳纳米管典型端帽的高分辨率透射电子显微镜照片，其中包括多种分口方式。很明显，最外层端帽呈一定锥度。图中的每条直线表示由碳环所组成的层片。可见，实际端帽总是由若干相似的子端帽所组成，分别与管身部分的碳层相匹配。由于管身部分具有多边形特征，因此端帽部分也必然相应的呈现多边形特征。
图9碳纳米管的典型端帽的透射电镜像[5，9] 二、碳纳米管的形貌及其扫描电镜表征
扫描电子显微镜（SEM）以较高的分辨率（3.5nm）和很大的景深清晰地显示粗糙样品的表面形貌，并以多种方式给出微区成份等信息，用来观察断口表面微观形态，分析研究断裂的原因和机理，以及其它方面的应用。目前，制备出的碳纳米管一般呈现杂乱无章（图10），也有用特殊方法制备出取向整齐的碳纳米管（图11）。图10是我们课题组在碳纤维上生长处的碳纳米管（或纳米碳纤维）的扫描电子显微镜照片。从图中我们可以明显的看到碳纤维被一层密密麻麻的碳纳米管包覆辙，而且碳纳米管的取向是杂乱无章的。图中的白色小点是没有被出去的催化剂颗粒，我们还可以看到，催化剂颗粒是处在生长出来的碳纳米管的顶端，这也为碳纳米管的顶端生长提供了证据。
图10 碳纤维生长碳纳米管的扫描电镜图像 图11有序排列碳纳米管的扫描电镜图像[10] 图 12 螺旋状碳纳米管扫描电镜照片[11] 在有些情况下，还可以制备出如图12所示的螺旋状的碳纳米管。
三、总 结 本文简要概述了电镜在碳纳米管的结构和形貌表征中的一些应用。通过对《电镜》这门课的学习，对目前电镜的发展概况和轮廓有了大致的了解，初步掌握了电镜的原理和一些分析方法。由于本人能力有限，对很多方法还是一知半解，文中错误再所难免，如蒙斧正，不甚感激。 参考文献 [1] 郭可信.金相学史话( 6) ：电子显微镜在材料科学中的应用.材料科学与工程,2002,20(1) [2] 朱宏伟，吴德海，徐才录.碳纳米管.北京：机械工业出版社，2003 [3] 周玉，武高辉.材料分析技术-材料X射线衍射与电子显微镜分析.哈尔滨工业大学出版社，1998 [4] T. Belin, F. Epron.Characterization methods of carbon nanotubes: a review.Materials Science and Engineering , 119 (2005) 105–118 [5] S Amelinckx, A Lucas P, Lambin. Electron diffraction and microscopy of nanotubes.Rep. Prog. Phys,62 (1999) 1471–1524 [6] 张孝彬，张泽.纳米碳管的电子衍射及其螺旋度测量.电子显微学报，1997，16（2）：128-135 [7] 章效锋.纳米碳管及其电子显微结构研究.清华大学学报，1995，15（3）：100-116 [8] 马希骋,温树林,蔡元华等.碳纳米管精细结构的HRTEM研究.电子显微学报，2002，21（5）：621-622 [9] P M Ajayany ,T W Ebbesenz.Nanometre-size tubes of carbon.Rep. Prog. Phys,60 (1997) 1025–1062 [10] R. Andrews , D. Jacques , A.M. Rao.Continuous production of aligned carbon nanotubes: a step closer to commercial realization.Chemical Physics Letters,303(1999)467–474 [11] 杨少明，陈秀琴，元岛栖二.高温热解法制备碳螺线管的扫描电子显微镜研究.电子显微学报，2002，21（1）
