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碳纳米管的曲率碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，具有很多优异的性质，例如高强度、高导电性、高热导率等。
在应用中，碳纳米管的曲率也是一个非常重要的因素，它会影响碳纳米管的力学、电学和热学等性质。
本文将介绍碳纳米管的曲率对其性质的影响。
首先，我们需要了解碳纳米管的曲率是如何定义的。
碳纳米管可以看作是由一个或多个石墨烯层卷曲而成的管状结构。
在这个过程中，石墨烯层的曲率会影响碳纳米管的曲率。
碳纳米管的曲率可以用弯曲半径R来描述，R越小表示碳纳米管的曲率越大。
其次，碳纳米管的曲率对其力学性质有着很大的影响。
研究表明，碳纳米管的曲率会影响其刚度和强度。
当碳纳米管的曲率较小时，其刚度和强度会随着曲率的增加而增加。
但当碳纳米管的曲率较大时，其刚度和强度会随着曲率的增加而减小。
这是因为碳纳米管的曲率增加会导致其内部应力集中，从而引起碳纳米管的破坏。
此外，碳纳米管的曲率对其电学性质也有着很大的影响。
研究表明，碳纳米管的电子输运性质与其曲率密切相关。
当碳纳米管的曲率较小时，其电子输运性质会随着曲率的增加而变得更好。
但当碳纳米管的曲率较大时，其电子输运性质会随着曲率的增加而变得更差。
这是因为碳纳米管的曲率增加会导致其内部结构发生变化，从而影响电子在其中的传输。
最后，碳纳米管的曲率还会对其热学性质产生影响。
研究表明，碳纳米管的热传导性质与其曲率密切相关。
当碳纳米管的曲率较小时，其热传导性质会随着曲率的增加而变得更好。
但当碳纳米管的曲率较大时，其热传导性质会随着曲率的增加而变得更差。
这是因为碳纳米管的曲率增加会导致其内部结构发生变化，从而影响热子在其中的传输。
综上所述，碳纳米管的曲率是一个非常重要的因素，它会影响碳纳米管的力学、电学和热学等性质。
在应用中，我们需要根据具体情况选择适当的碳纳米管曲率，以获得最佳的性能。
碳纳米管的结构和性质探究碳纳米管是由碳原子构成的管状结构，具有轻质、强度高、导电性好等独特的性质。
它的结构和性质对于物理和化学的研究都有很重要的意义。
本文将介绍碳纳米管的基本结构和性质，并深入探讨其应用领域的研究进展。
一、碳纳米管的基本结构碳纳米管分为单壁碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotube，SWNT）和多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon Nanotube，MWNT）两种。
其中，SWNT是由一个单层碳原子的六角网格形成的长管，而MWNT是由多层碳原子六角网格环绕成的管状结构，形似同心圆。
碳纳米管的直径为纳米级别，管壁的厚度约为10个碳原子的距离，因此具有很强的柔韧性。
碳纳米管的结构可以用“向量”的形式描述。
在一个二维的晶格中，沿着某个方向“滚动”晶格，就可以得到一个管状结构。
碳纳米管的“向量”可以用两个参数（n,m）来表示，这两个参数决定了碳纳米管的形状和具体的各向异性。
二、碳纳米管的性质1. 电学性质碳纳米管具有非常好的电导性能和电子传输性能。
SWNT的电阻率最小可达10^-6Ω•cm，MWNT的介电常数在300-400之间，接近真空。
在室温下，碳纳米管的电流密度可以达到10^9A/cm^2。
此外，碳纳米管的电学性质还可以由其长度和直径来调控。
2. 机械性能碳纳米管的强度很高，可以承受非常大的拉伸力。
理论上，碳纳米管的强度可以达到理论强度的100倍以上。
此外，碳纳米管的弹性模量和柔性也非常好，可以在较大的变形情况下恢复原状。
3. 热学性质碳纳米管在高温下的热稳定性很好，可以在高达2800℃的温度下稳定存在。
同时，碳纳米管的热传导性能也非常出色，热传导系数高达3000W/m•K。
三、碳纳米管的应用1. 碳纳米管在材料领域由于碳纳米管的强度和柔性等材料特性，因此可以制备出高强度、高韧性和轻质的材料。
如碳纳米管复合材料广泛应用于飞机、汽车等交通工具以及建筑和其他工程领域中。
多壁碳纳米管的纯化方法多壁碳纳米管（Multiwalled carbon nanotubes，简称MWCNTs）是由多个同心圆的石墨层所构成的碳纳米管结构。
在制备过程中，MWCNTs 往往伴随着杂质和残留物，因此需要进行纯化处理以去除这些杂质，以保证其物理和化学性质的纯净性。
本文将介绍一些常用的多壁碳纳米管的纯化方法。
1.酸洗法：酸洗法是最常用的多壁碳纳米管纯化方法之一、首先，将MWCNTs加入到强酸（如浓硝酸和浓硫酸的混合物）中，然后在搅拌的条件下进行酸洗。
酸洗的过程可以去除大部分的杂质和残留物，如金属催化剂、沉淀物和有机物。
洗涤完毕后，用去离子水或酒精洗涤脱离酸性环境，并使用离心机将碳纳米管进行沉淀、干燥和分散。
2.热处理法：热处理法是另一种常用的多壁碳纳米管纯化方法。
该方法通过高温处理MWCNTs来去除残留的催化剂和有机物。
在热处理的过程中，MWCNTs通常被置于空气或惰性气体气氛中进行。
其中，空气气氛中的高温处理（通常在500-600摄氏度）会氧化MWCNTs表面的残留有机物，而惰性气体气氛中的高温处理（通常在700-1000摄氏度）可以去除残留的催化剂。
3.离子液体浸渍法：离子液体浸渍法是一种相对温和的多壁碳纳米管纯化方法。
首先，将离子液体溶解在合适的溶剂中，然后将MWCNTs置于溶液中浸泡。
通过离子液体的相互作用，MWCNTs表面的杂质和残留物可以与离子液体结合并溶解，从而达到纯化的目的。
最后，用溶剂将MWCNTs洗涤干净，并用离心机进行沉淀、干燥和分散。
4.气相氧化法：气相氧化法是一种纯化效果较好的方法，可以去除大多数的残留物和杂质。
在气相氧化法中，MWCNTs通常被置于高温氧气或臭氧气氛中进行氧化处理。
这样可以使残留的有机物氧化为揮发性物质并挥发出去，同时氧化能够引发石墨层之间的氧化和断裂，有助于去除残留的催化剂。
总结起来，多壁碳纳米管的纯化方法有酸洗法、热处理法、离子液体浸渍法和气相氧化法等，每种方法都有其特点和适用场景。
电子制造中的新型材料与工艺随着科技的发展和进步，电子制造领域不断涌现出新的材料和工艺，以满足人们对于功能性、高性能和高可靠性电子产品的需求。
下面将介绍几种常见的新型材料和工艺。
1.碳纳米管：碳纳米管是由碳原子构成的纳米级管状结构，具有优异的导电性、导热性和机械性能。
它可以被用于制造高性能的电子元件，如场效应晶体管和纳米级电子电路。
碳纳米管的出现，不仅提高了电子产品的性能，还缩小了电子产品的体积和重量。
2.石墨烯：石墨烯是一种由碳原子组成的单层二维材料，具有极高的导电性、导热性和机械强度。
石墨烯可以用于制造高性能的电子器件，如高频电子器件和柔性显示屏。
其极薄的结构和柔韧性，使得电子产品更加轻薄和灵活。
3.有机薄膜：有机薄膜电子材料是一种以有机高分子为基础的材料，具有良好的可溶性、可加工性和柔韧性。
有机薄膜可以用于制造柔性显示屏、聚光太阳能电池和传感器等。
相比于传统的无机材料，有机薄膜电子材料更具有可塑性和可定制性。
4.光刻技术：光刻技术是一种将光敏材料暴露在特定光源下，通过光影转换来实现微细图案的工艺。
在电子制造中，光刻技术被广泛应用于制造集成电路和半导体芯片。
它具有高分辨率、高精度和高重复性等优点，为电子制造提供了精确的微制造工艺。
5.反应离子刻蚀（RIE）：反应离子刻蚀是一种将气体等离子体引入反应室中，使反应离子与材料表面发生化学反应，从而实现材料去除和微细图案形成的工艺。
RIE可以用于制造集成电路中的金属线路和微孔结构等。
它具有高刻削速率、高选择性和高均匀性等特点，是一种常用的微制造工艺。
6.三维打印技术：三维打印技术是一种将数字模型转化为物理实体的制造技术，通过逐层堆叠材料来实现产品的制造。
在电子制造中，三维打印技术可以用于制造电路板、封装结构和传感器等。
它具有快速、灵活和定制化的特点，为电子制造提供了一种新的制造方式。
总之，新型材料和工艺的应用使得电子制造变得更加高效、高性能和可持续。
随着科技的不断进步，我们相信将会涌现出更多具有创新性和应用潜力的新型材料和工艺。
碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。
本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。
3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。
以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。
二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。
2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。
3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。
4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。
5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。
以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。
碳纳米管膜制备方法引言：碳纳米管（Carbon nanotubes，简称CNTs）是一种具有优异性能的纳米材料，具有高强度、高导电性、高导热性等特点，在材料科学、电子学、能源储存等领域具有广泛应用前景。
而碳纳米管膜作为碳纳米管的一种重要形态，其制备方法的研究对于碳纳米管膜的应用和性能提升具有重要意义。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过将碳纳米管分散在溶液中，然后将溶液均匀涂覆在基底上，最后通过旋涂的方式将溶液均匀分布在基底表面，形成碳纳米管膜。
溶液旋涂法的具体步骤如下：1. 准备碳纳米管溶液：将碳纳米管分散在溶剂中，并加入适量的表面活性剂以提高分散性。
2. 准备基底：选取适合的基底材料，如硅片、玻璃等，并进行表面处理，以提高溶液涂布的均匀性。
3. 涂布溶液：将碳纳米管溶液倒在基底上，确保溶液均匀涂布在基底表面。
4. 旋涂过程：将基底放置在旋涂仪上，通过旋转基底使溶液均匀分布在基底表面，并控制旋转速度和时间，以控制膜的厚度和均匀性。
5. 干燥处理：将旋涂后的基底进行干燥处理，通常采用烘箱干燥或真空干燥的方式，以去除溶剂和表面活性剂。
溶液旋涂法制备的碳纳米管膜具有较高的制备效率和较好的均匀性，但其制备过程中需要控制旋涂参数，以得到所需的膜厚和均匀性。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过在适当的基底上，利用化学反应在气相中生长碳纳米管，并使其沉积在基底上形成膜状结构。
化学气相沉积法的具体步骤如下：1. 准备基底：选取适合的基底材料，并进行表面处理，以提高碳纳米管的生长和沉积效果。
2. 反应装置：设置适当的反应装置，包括热源、载气、反应室等，以控制反应条件。
3. 反应条件：通过调节反应温度、气体流量、反应时间等参数，控制碳纳米管的生长和沉积过程。
4. 沉积过程：将基底放置在反应室中，通入适当的气体，进行碳纳米管的生长和沉积。
5. 冷却处理：在碳纳米管生长和沉积完成后，将基底从反应室取出，进行冷却处理，以固定碳纳米管膜的结构。
《碳纳米管在碳纤维表面的组装方法》一、引言碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状材料，具有极强的韧性和导电性，因此在材料科学领域备受瞩目。
而碳纤维作为一种轻质高强度的材料，在航空航天、汽车制造和体育器材等领域有着广泛的应用。
将碳纳米管组装在碳纤维表面，不仅可以提升碳纤维的导电性能和力学性能，还可以拓展碳纳米管在材料领域的应用。
二、常见的碳纳米管组装方法1. 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）CVD是一种常见的碳纳米管合成方法，其原理是在高温下将碳源气体分解生成碳原子，再沉积在基底表面形成碳纳米管。
在碳纤维表面组装碳纳米管时，可以先在碳纤维表面沉积金属催化剂，然后通过CVD方法在催化剂上生长碳纳米管。
这种方法不仅可以实现碳纳米管在碳纤维表面的组装，还可以控制碳纳米管的长度和密度。
2. 碳纳米管涂覆法碳纳米管涂覆法是将碳纳米管分散在溶剂中，然后通过喷涂、浸渍或涂覆的方式将碳纳米管均匀覆盖在碳纤维表面。
这种方法简单易行，且可以实现大面积的碳纳米管组装，但由于碳纳米管之间的相互作用，往往难以实现均匀的覆盖和优异的性能。
三、新型碳纳米管组装方法1. 电化学组装法电化学组装法是将碳纳米管分散在电解质溶液中，利用外加电场将碳纳米管定向沉积在碳纤维表面。
这种方法可以实现碳纳米管的定向组装，且不受碳纳米管之间相互作用的影响，因此可以获得均匀且高性能的碳纤维复合材料。
2. 等离子体处理法等离子体处理法是利用等离子体对碳纤维表面进行改性，同时将碳纳米管引入等离子体中，通过化学反应或物理吸附使碳纳米管与碳纤维表面结合。
这种方法不仅可以实现碳纳米管的高效组装，还可以改善碳纤维表面的性能，提升复合材料的综合性能。
四、碳纳米管在碳纤维表面的应用前景将碳纳米管组装在碳纤维表面，可以使普通碳纤维具备导电性和热传导性，进而拓展碳纤维在电子设备、热管理材料等领域的应用。
多壁碳纳米管作用多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWNTs）是由多个圆柱形碳分子层组成的纳米管状结构。
它们在化学、物理和材料科学等领域具有许多重要的应用作用。
下面将详细介绍MWNTs的作用。
首先，MWNTs具有非常高的力学强度和弹性模量。
这使得它们在复合材料中可以作为增强剂使用，以提高材料的强度和刚度。
MWNTs与基体材料的界面能显著增强力学耐久性和热稳定性，从而延长材料的使用寿命。
此外，MWNTs还可以通过改变其浓度和分布方式来调控复合材料的性能和导电性能，提高材料的电导率和导热性能。
其次，MWNTs具有很高的导电性能。
它们可以作为高性能电极材料在电化学领域中用于制造超级电容器和锂离子电池。
MWNTs的高比表面积和导电性能使其具有优异的电化学性能和储能能力。
与传统电极材料相比，MWNTs具有更高的电荷传输速度和离子扩散速度，从而提高了电化学反应速率和储能效率。
此外，MWNTs还可以用于催化剂载体。
由于其特殊的结构和表面化学特性，MWNTs可以作为催化剂的载体，用于优化和改进催化反应的效果。
MWNTs的高比表面积和丰富的活性官能团使其具有较高的催化活性和选择性，并且可以提高催化反应的稳定性和循环寿命。
MWNTs还具有出色的吸附性能。
它们可以作为吸附剂用于水和空气中的污染物的去除。
MWNTs的高比表面积和多孔结构使其具有较大的吸附容量和快速吸附速度。
特别是，MWNTs还可以通过表面修饰和功能化来增强其与目标污染物的相互作用，提高吸附效果和选择性。
这使得MWNTs成为一种具有广阔应用前景的环境净化材料。
此外，MWNTs还具有良好的热导性能和光学性能。
它们可以用于热管理和光学器件的制造。
MWNTs的高热导率和低热膨胀系数使其成为高效的热导体，可用于制造高性能散热材料和热界面材料。
同时，MWNTs的特殊结构和电子能带结构使其具有优异的吸收和发射光谱特性，可用于制造高性能太阳能电池、光电探测器等光学器件。
碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”2006 级普化论文碳纳米管（CNTs）—— “新时代的宠儿”赵婧 李坤桦 宋杨 刘涛北京大学化学与分子工程学院 一个崭新的碳纳米管世界提供给人类的将是不同于任何以往经验的东 西，它不仅会给人类生活带来一场革命，还会使我们再一次地感受到：科学与 技术正以日新月异的速度发展着，远没有终结的时候 ……摘要 Abstract: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 分为三部分： 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 3． 客观比较各国研究现状，并预测纳米科技面临的机遇与挑战（见附文）关键字 Keywords： 纳米材料概述碳纳米管热点及应用现状与发展引言：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？……理论知识： 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。
新型材料有哪些新型材料是指相对于传统材料而言，结构、性能或者应用方面有了重大突破或创新的材料。
随着科技的发展，新型材料在各个领域都得到广泛应用。
下面将介绍几种常见的新型材料。
1. 碳纳米管：碳纳米管是由碳原子构成的空心圆柱体，具有极强的强度和导电性能。
由于其优异的力学性能，碳纳米管在航空航天、电子器件等领域得到广泛应用。
2. 石墨烯：石墨烯是由碳原子构成的单层二维晶体，具有独特的高导电性、高导热性和优秀的力学性能。
石墨烯在超级电容器、柔性显示屏等领域具有广阔的应用前景。
3. 3D打印材料：3D打印技术的兴起催生了新的材料需求。
目前研发出的3D打印材料种类繁多，包括塑料、陶瓷、金属和生物材料等。
这些材料在制造、医疗等领域有着广泛的应用。
4. 高温超导材料：高温超导材料是指在相对较高温度下表现出超导性能的材料。
传统的超导材料需要极低的温度才能表现出超导性，而高温超导材料的发现为能源传输和储存技术带来了新的突破。
5. 智能材料：智能材料是指能对外界刺激做出响应的材料，包括形状记忆合金、传感材料等。
这些材料在自动控制、传感器等应用方面具有重要的意义。
6. 生物再生材料：生物再生材料是一种能够被生物体吸收和代谢的材料，包括生物降解材料和生物活性材料。
生物再生材料在组织工程、医疗器械等领域具有广泛的应用前景。
7. 纳米材料：纳米材料是指尺寸在纳米级别的材料，具有优异的力学性能和电子性能。
纳米材料在电子器件、催化剂等领域有着重要的应用价值。
总之，新型材料的不断涌现和应用推广，为各个领域的科学研究和工程实践提供了更多的选择，有助于推动科技创新和经济发展。
随着科技的进一步发展，我们可以期待更多种类的新型材料的出现。
碳纳米管的发展及其应用课程论文 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 Nanotubes
Abstract: 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 hotspot
0 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。1970年，法国奥林大学(University of Orleans)的En-do用气相生长技术制成了直径为7nm的碳纤维，由于他没有对这些碳纤维的结构进行细致的评估和表征，所以并没有引起人们的注意。后来科学家在研究C60，C70的基础上认识到产生无数种近石墨结构成为可能。1991年1月，日本筑波NEC实验室的饭岛澄男首先用高分辨率电镜观察到了他认为是一种螺旋状的微管，也就是碳纳米管，文章发表在《自然》(Nature)杂志上。从而饭岛成为公认的碳纳米管发现者。
2 碳纳米管的结构 纳米碳管(也称巴基管),与石墨、金刚石一样,也是碳的同素异构体。纳米碳管是一种主要由碳六边形(弯曲处为碳五边形和碳七边形)组成的单层或多层纳米级管状材料,可以看成由六边形的石墨板成360°卷曲而成的管状材料,管的内径在几纳米到几十个纳米之间,长度可达微米量级,是理想的准一维材料。径向是由单层或几十层结构相同的纳米碳管套构而成。层间距离与石墨的层间距相近,为0.34nm,反映出层与层之间同石墨类似的范氏力。纳米碳管的结构如图1所示。 碳纳米管的发展及其应用课程论文 图1 碳纳米管的结构 3 碳纳米管的制备 3.1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。1991年,Iijima就是使用石墨电弧法来制备出纳米碳管的。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。 3.2激光蒸发法 1996年Smalley等首次使用激光蒸发法实现了单壁纳米碳管的批量制备。他们采用类似的实验设备,通过激光蒸发过渡金属与石墨的复合材料棒制备出多壁纳米碳管。激光蒸发设备同简单单壁纳米碳管合成设备类似,在1200℃的电阻炉中,由光束蒸发石墨靶,流动的氩气使产物沉积到水冷铜柱上。此法制备纳米碳管的成本较高,难以推广应用。 3.3催化裂解法 催化裂解法是在600~1000℃的温度及催化剂的作用下,使含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙稀和苯等)分解来制备碳纳米管的一种方法。此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,碳原子在过渡金属-催化剂作用下,附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。 3.4化学气相沉积法 化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,简称CVD),基本原理为含碳气体流经催化剂表面时分解,沉积生成纳米碳管。这种方法具有制备条件可控、容易批量生产等优点,自发现以来受到极大关注,成为纳米碳管的主要合成方法之一。常用的碳源气体有CH4、C2H2、C2H4、C6H6和CO等。 3.5模板法 模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板,结合电化学、沉淀法、溶胶-凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上形成所需的纳米结构体。 3.6水热法 水热法是一种制备方法较为简单的工艺,在前人的研究中以硝酸镍和正硅酸乙酷为原料,通过水热晶化法和常压干燥法均可合成纳米级氧化镍—二氧化硅复合粉体催化剂,用这两种催化剂均可制得碳纳米管。该方法的主要特点是大大降低了制备纳米碳管的反应温度。 此外,除了上述的方法,还有凝聚相电解生成法、等离子体喷射沉积法、火焰碳纳米管的发展及其应用课程论文 法、水中电弧法、太阳能法、低温固体热解法等方法都受到了越来越多的关注。 4 碳纳米管的性质及其应用 鉴于其纳米级的尺度和规整的微观结构，科学家们预测碳纳米管具有一些特殊的物化性质，开口碳纳米管被预言可以做纳米级化学试管、虹吸管、超级吸附剂、催化剂载体、储能材料、电极材料等。近年来对碳纳米管高储氢容量的预测和实验验证以及碳纳米管气敏特性的发现，证明了这种预言的合理性。 1电学性质及应用 在电化学分析领域，碳纳米管电极具有较大的电极表面积和较高的电子传递速率，与其它碳电极相比，纳米碳管能增大电流响应，降低检出限，电化学分析性能更为优异。在碳纳米管内，由于电子的量子限域所致电子只能在石墨片中沿着碳纳米管的轴向运动，因此碳纳米管表现出独特的电学性能。实验发现根据其直径和螺旋度的不同，它既可以表现出金属性又可以表现出半导体性。由于纳米碳管这些独特的点电学性质，所以纳米碳管适宜于制备纳米电子原件，2001年Postma等报导了由单个金属型碳纳米管分子组成的可以在室温下工作的单电子晶体管。2000年4月，美国国际商用机器公司的研究人员成功制造出世界上第一个碳纳米管晶体管阵列，是现在硅晶体管的1／500，而且无需对它们逐个进行处理。这种三电极的单分子晶体管可使集成电路的尺寸降低2个数量级以上，另外由于碳纳米管的尖端具有纳米尺度的曲率半径，在相对较低的电压下就能够发射出大量的电子，因此碳纳米管呈现出优良的场致发射特性，成为制造场电子发射平面显示器的电子发射材料之一。并且有实验证明单壁碳纳米管发射极的发射阈值仅为传统硅发射极的1/50-1/10。我国也在1996年成立了第一个纳米碳管作为发射场的研究基金。此外，纳米碳管优良的电性能使其可以用作量子线和异质结设备。Chico制成了第一个纳米碳管异质结。Dekker以单个半导的SWNTs为基础制成了第一个单电子场效应晶体管。 2力学性质及应用 碳纳米管因其独特的结构而具有优良的性能。它具有极高的机械强度和理想的弹性，其杨氏模量与金刚石相当，约为1TPa，是钢的5倍左右，为已知材料的最高模量；其弹性应变最高可达12%。但是由于纳米碳管的尺寸很小、结构独特，使采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜等试验手段精确测量其力学行为变得十分困难，因此，人们借助分子动力学、量子力学、改进的有限元法等研究纳米碳管的力学性能。并且为了发挥纳米碳管优异的力学性能，人们尝试将其添加到一定的聚合物基体中，通过改进纳米碳管的分散和界面结合性以期获得最佳增强效果。因此纳米碳管的各种复合材料应用非常广泛，如Qian等利用溶液法制备了纳米碳管／聚苯乙烯复合材料；Dufresne等制备了纳米碳管／聚苯乙烯一丙烯酸丁酯共聚物复合材料。 3储氢特性 吸附是气体吸附质在固体吸附剂表面发生的行为，其发生的过程与吸附剂固体表面特征密切相关。对于纳米粒子的吸附机理，目前普遍认为：纳米碳管的吸附作用主要是由于纳米粒子碳管的表面羟基作用。纳米碳管表面存在的羟基能够和某些阳离子键合，从而达到表观上对金属离子或有机物产生吸附作用；另外，纳米碳管粒子具有大的比表面积，也是纳米碳管吸附作用的重要原因。Dillon等是首先发表碳纳米管吸附储氢试验数据的人,他们估计在环境条件下,该吸附材料能吸附5-10wt%左右的氢，吸附热为19.6kJ/mol，最大吸附储氢量碳纳米管的发展及其应用课程论文 的碳纳米管的直径为2nm。Ye等(1999年)首先报道激光法制的高纯度单壁碳纳米管在－40atm、80K条件下,吸附储氢8wt%。多壁碳纳米管吸附储氢直到最近几年才被研究。郑青榕，顾安忠等[2]对氢在多壁碳纳米管上的吸附行为进行了研究。成会明等人合成的SWNTs经适当处理后可在室温下储存氢气，其储存氢的重量可达4.2％，并且78.3％的储存氢在常温常压下可释放出来，剩余的氢加热后可释放出来，这种SWNTs能够重复利用，具有很高的商业价值。 4吸波特性及应用 吸波材料是指能吸收投射到它表面的电磁波能量，并通过材料的介质损耗使电磁波能量转化为热能或其它形式的能量而消耗掉。吸波材料一般由基体材料(或粘接剂)与吸收介质(吸收剂)复合而成。吸波材料可以分为电损耗型和磁损耗型两类。而纳米碳管因其独特的一维纳米结构、手征和螺旋特性从而表现出良好的宽谱（8-40GHz）吸波特性。所以纳米碳管薄膜对红光和红外激光有良好的吸附特性。因此用纳米碳管作成的物体对微波雷达有良好的隐身性能。 5热学性质及应用 纳米碳管是最好的导热材料，它依靠超声波传递热能，其传递速度可达到每秒1万米。并且发现，即使将纳米管捆在一起，热量也不会从一根纳米管传到另一纳米管，这说明纳米碳管只能在一维方向传递热能。并根据相关研究人员称，纳米碳管优异的导热性能将使它成为今后计算机芯片的导热板，也可用作发动机、火箭等各种高温部件的防护材料 6纳米碳管的其他性质及应用 此外纳米碳管还有很好的光学性质和很高的化学稳定性等。由于具有特殊的一维孔隙结构(纳米尺度、规则形状和特殊的电子存在状态)，纳米碳管表现出很多特殊的物化性质，这些性质使之可能构筑具有特殊性能的纳米器件。并有实验证明，纳米碳管内部可生成纳米线。纳米碳管具有优异的非线性光学性质，可望在光导电和光限幅材料制备领域得到广泛的应用。
