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碳纳米管生长机理研究取得突破佚名【期刊名称】《炭素技术》【年(卷),期】2006(25)6【摘要】中国科学院山西煤炭化学研究所日前巧妙地通过反应系统的调控将碳纳米管快速“冷冻”至生长的前期或中期，成功地获得了有关纳米管生长的中间体，并在其结构及碳纳米管生长过程的内在联系方面开展了详细研究。
研究人员发现，碳纳米管生长遵循一种“颗粒-线-管”逐级进化过程，金属催化剂的功能在于促进颗粒到线的自组装以及线到管的结构晶化和裁剪。
他们在此机理的指导下，利用高温的热退火技术，成功地将含金属的碳颗粒转化为碳纳米管。
这项成果有望对碳纳米管合成和结构控制新技术的发展提供理论指导作用。
【总页数】1页(P27-27)【关键词】碳纳米管;生长机理;中国;金属催化剂【正文语种】中文【中图分类】TQ424【相关文献】1.生态环境中心"高效样品前处理技术研究"获"CAIA"奖一等奖/高能物理研究所发现一新共振态/固体物理研究所在"KDP"材料研究中取得重要成果/昆明植物研究所抗SARS化合物X-61研究取得新进展/周口店遗址附近发现"田园洞人"化石/兰州化学物理研究所离子液体研究水平达到了新的高度/兰州化学物理研究所在微生物研究领域获突破/上海分院封松林、徐军获第四届上海市自然科学牡丹奖/物理研究所全固态高功率宽调谐蓝光源的研制获重要进展/物理研究所提出一种新的量子点形成机制/物理研究所在SiC单晶生长方面取得重大进展/成 [J],2.山西煤化所碳纳米管生长机理研究取得重要进展 [J],3.北京大学"单壁碳纳米管可控生长研究"取得突破 [J], Mary4.北京大学“单壁碳纳米管可控生长研究”取得突破 [J], Mary5.碳纳米管水平阵列的结构控制生长取得突破 [J], 王晋岚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
新型炭材料——纳米碳管摘要：碳纳米管的发现是碳团簇领域的又一重大科研成果，本文探讨了碳纳米管的结构、特性、制备、应用、进展研究、前景等。
关键词：新型碳材料，纳米碳管，性质，应用，纳米碳管是一种新型碳纳米材料，也是纳米材料，纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，一：纳米碳管的发现1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。
二：纳米碳管的结构纳米碳管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率所以其中也有一小部分碳属sp3杂化。
在不考虑手性的情况下，单壁纳米碳管可以由两个参量完全确定（直径和螺旋角或两个表示石墨烯的指数（n,m）或者螺旋向量Cn和垂直向量T〕。
理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。
石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管，多于一层的则称为多壁纳米碳管，如图二。
单壁纳米碳管的直径一般为1－6nm，最小直径大约为0.5nm，与C36分子的直径相当, 但单壁纳米碳管的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生单壁纳米碳管管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。
因为单壁纳米碳管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。
多壁纳米碳管的层间距约为0.34纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。
由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。
三：纳米碳管的性质纳米碳管的性质与其结构有密切相关性1、电学性质由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。
理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。
2、力学性能墨烯平面中碳碳键是自然界中已知的最强的化学键之一，石墨中C11的弹性常数达1060GPa。
碳纳米管的结构与电子性质研究碳纳米管是一种由碳原子形成的纳米级管状结构，具有独特的物理和化学性质，因此引起了广泛的研究兴趣。
本文将从碳纳米管的结构和电子性质两个方面进行论述。
首先，我们来讨论碳纳米管的结构。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）两种类型。
SWCNTs由一个或多个碳原子层卷曲而成，形成一个桶状结构，直径约在1-2纳米的范围内。
而MWCNTs则是多个SWCNTs相互套嵌形成的结构，直径一般在10-100纳米范围内。
碳纳米管的结构与其电子性质密切相关。
SWCNTs可以分为金属型和半导体型两类，这取决于其结构中六个碳原子的相对排列。
金属型SWCNTs在电子能带结构中存在能带重叠，表现出类似金属的导电行为。
而半导体型SWCNTs由于能带间隙使得电子在其内部具有禁带，表现出类似半导体的性质。
MWCNTs由于多个SWCNTs的嵌套结构，其电子性质较复杂。
研究发现，MWCNTs中的内壁SWCNTs往往呈现金属性质，而外壁的SWCNTs则可能呈现半导体性质。
这使得MWCNTs在电子器件的应用中具有较大的潜力。
除了结构，碳纳米管的电子性质也受到很多其他因素的影响。
例如，碳纳米管的手性（chirality）将决定其具体的电子能带结构和性质。
不同手性的碳纳米管对电子的传输行为和电导率存在明显差异。
此外，碳纳米管的直径和壁厚也会对电子性质产生影响。
研究表明，直径较大的碳纳米管具有较好的导电性能，而壁厚较薄的碳纳米管则具有较高的载流子迁移率。
值得注意的是，碳纳米管的电子性质还受到外界环境和相互作用的影响。
例如，碳纳米管与基底的相互作用会改变其电子能带结构和带边对齐。
同时，碳纳米管还可以与其他分子或纳米材料发生作用，形成复合体系。
这些相互作用对碳纳米管的电子性质产生重要的影响，也为其在传感器、催化剂等领域的应用提供了可能性。
最后，需要指出的是，虽然碳纳米管在电子学领域具有巨大的应用潜力，但目前仍面临一些挑战。
碳纳米管器件原理和应用姓名：***专业：应用物理学号：**********摘要：纳米材料被誉为是21 世纪的重要材料，它将构成未来智能社会的四大支柱之一。
碳纳米管在纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。
碳纳米管具有独特的结构形态和优异的电学、力学等性能，碳纳米管的独特结构和优异的物理力学性能使它成为纳米科技领域中构筑纳尺度器件和系统的重要基础，为纳米科技领域的创新提供着持续强劲的原动力。
碳纳米管在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件、平板场致发射显示器以及碳纳米管微操作等，碳纳米管独特的结构和优良性能使其在纳米技术和纳米电子学领域扮演着愈来愈重要的角色，本文综述了碳纳米管器件的原理和应用。
关键词：碳纳米管器件、场效应管、单电子晶体管、电磁屏蔽复合材料、聚合物基吸波复合材料、超电容器电极材料、储氢材料、催化剂载体正文：一、碳纳米管器件的制备原理碳纳米管的生长和制备是场致发射显示器研制中关键的一个环节。
目前，人们可以利用激光轰击法、化学汽相沉积法、辉光放电法、直流电弧放电法、气体燃烧法、催化剂高温热解法等多种方法制备碳纳米管。
在这些技术当中，直流电弧放电法的生产工艺简单，可以大批量生产。
虽然目前已经有很多种制备碳纳米管的方法，但是碳纳米管的大量制备仍然是以电弧放电法和高温催化热解法为主。
其中电弧放电法可以获得具有较高程度石墨化结构的碳纳米管，十分适用于理论研究的需要。
C.Journet等人采用电弧法的工艺过程如下：在氩气气氛下，利用阴阳两个电极之间的大量放电现象来实现碳纳米管材料的生长。
阴极是一个长约100mm、直径大约6mm的石墨棒，上面刻蚀了一个4mm深、3.5mm 直径大小的孔洞，利用金属催化剂和石墨粉末的混合物进行填充。
利用大约为100A的高电流来产生电弧放电，通过不断移动阳极，同时保持阴极和阳极之间的间距为常数（大约为3mm）来实现的。
催化生长法碳纳米管
催化生长法是一种制备碳纳米管的方法。
这种方法通过在催化金属或催化剂的作用下，在合适的温度条件下，使碳原子沉积在催化剂表面，进而形成碳纳米管结构。
催化生长法通常分为化学气相沉积（CVD）和化学液相沉积（CVD）两种类型。
在化学气相沉积中，碳源气体会通过加热使其分解，其中的碳原子会沉积在催化剂表面形成碳纳米管。
而在化学液相沉积中，碳源通过溶解在液体中，再结合催化剂进行碳纳米管的生长。
催化生长法具有许多优势，如操作简单、控制性好、生长速度快等。
此外，催化生长法还能够实现对碳纳米管的直径、长度和排布方向的精确控制。
这使得这种方法在碳纳米管的制备过程中得到广泛应用。
催化生长法在许多领域有着重要的应用，如电子器件、传感器、储能装置等。
通过适当的控制生长条件和催化剂的选择，可以得到各种不同性质的碳纳米管，进一步拓宽了其应用领域。
总的来说，催化生长法是一种重要的碳纳米管制备方法，其具有简单、可控性强和广泛的应用前景。
这种方法为碳纳米管的研究和应用提供了重要的技术支持。
碳纳米管材料的电子结构研究碳纳米管是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，在电子学、储能领域具有广泛的应用前景。
对于碳纳米管材料的电子结构进行深入的研究，可以帮助我们更好地理解其性质和特点，为其应用提供更多可能性。
碳纳米管的电子结构主要由其特殊形态和碳材料的特性共同决定。
碳纳米管的形态特殊之处在于其结构呈现一种类似于卷曲的蜂窝状，其中包括两种不同的碳原子排列方式：armchair型和zigzag型。
而碳材料又具有特殊的π电子结构，其中碳原子之间的共价键形成了大量的π电子云，这使得碳材料具有良好的导电性能。
对碳纳米管的电子结构进行研究，一个重要的手段就是密度泛函理论。
密度泛函理论是一种基于电子密度的量子力学方法，在计算材料的电子结构时具有较高的精度和计算效率。
通过密度泛函理论的计算，可以得到碳纳米管的能带结构、电子态密度等相关信息。
从能带结构来看，碳纳米管具有带隙的特性，在导电性方面具有区分度。
具体来说，armchair型碳纳米管有较小的带隙，呈现为金属导电特性；而zigzag型碳纳米管则有较大的带隙，呈现为半导体特性。
这种不同的导电性在碳纳米管的应用中有着重要的意义，可以用于制备导电材料或者是半导体器件。
此外，碳纳米管的电子态密度也是电子结构研究的重要内容之一。
电子态密度可以反映材料中电子的分布情况，对于理解材料的导电性、光学性质等方面具有重要意义。
对于碳纳米管来说，由于其结构的特殊性，电子态密度呈现出一些特异的特点。
例如，在能带底部附近，碳纳米管的电子态密度呈现出线性增加的特点，这对于其导电性能的提高起到了重要作用。
除了密度泛函理论，还有一些其他的方法可以用于研究碳纳米管的电子结构。
例如，紧束缚方法能够更好地描述碳纳米管的局域性质，通过调整紧束缚参数可以得到更准确的能带结构和电子态密度。
此外，还可以通过第一性原理计算的方法来考虑碳纳米管的旋-轨耦合效应，这对于研究碳纳米管的光学性质和磁性质具有重要意义。
碳纳米管的物理学和应用摘要碳纳米管是一种由碳原子组成的管状结构，具有非常独特的物理和化学性质。
在过去的几十年中，碳纳米管已经成为纳米科技领域的热点研究对象，同时也被广泛应用于电子、机械、光学等多个领域。
本文将对碳纳米管的物理学和应用进行详细介绍，以期为读者提供全面的了解和深入的认识。
一、碳纳米管的结构和性质碳纳米管是由碳原子通过一定的结构排列方式形成的一种管状结构，通常具有单壁和多壁两种形式。
在单壁碳纳米管中，碳原子以六边形的方式排列形成一个层面，然后将这个层面卷曲成一个管状结构，形成碳纳米管。
而在多壁碳纳米管中，多个单壁碳纳米管以同轴的方式排列组合形成了多个层次的管状结构。
碳纳米管具有非常独特的物理和化学性质。
首先，由于其直径非常小，因此碳纳米管具有极高的比表面积，可以在表面吸附大量的分子和原子，具有很好的吸附性能。
其次，由于碳纳米管中的碳原子具有非常高的sp2杂化程度，因此具有非常高的结晶性和强度，可以承受非常大的拉伸和弯曲力。
此外，碳纳米管还具有良好的导电性和热导性，因此被广泛应用于电子和光学领域。
二、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术主要包括化学气相沉积、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等几种方法。
其中，化学气相沉积是目前应用最广泛的方法之一。
该方法利用碳源和载气在高常有效的制备方法。
三、碳纳米管的应用碳纳米管具有广泛的应用前景，可以用于电子、机械、光学、化学等多个领域。
具体应用包括：电子领域：碳纳米管可以作为电子场发射材料，具有良好的电子输运性能和稳定性，因此可以应用于显示器、太阳能电池、荧光屏等电子设备中。
机械领域：由于碳纳米管具有非常高的强度和韧性，因此可以应用于材料增强和制备高强度复合材料。
同时，碳纳米管还可以用于制备高性能电机、传感器等器件。
光学领域：碳纳米管具有优异的光学性能，可以用于制备光学增益介质、红外吸收材料等。
化学领域：碳纳米管可以作为催化剂载体，用于制备高效的催化剂。
碳功能材料的表界面调控和层次化构建碳功能材料具有广泛的应用前景，可用于能源存储、催化剂、传感器、电子器件等领域。
要充分发挥碳功能材料的性能，需要对其表界面进行调控和层次化构建。
本文将阐述碳功能材料表界面调控和层次化构建的意义、方法以及相关应用。
碳功能材料的表界面调控是指通过改变碳材料的表面性质来调整其物理、化学和电学性能。
具体包括表面修饰、掺杂、表面缺陷等手段。
通过这些方法可以增强材料的导电性、催化活性、气体吸附能力等，从而提高其应用性能。
在表界面修饰方面，一种常见的方法是通过化学修饰来改变碳材料的表面化学性质。
例如，可以使用化学还原剂将氧化石墨烯表面上的氧功能团还原，从而增加其导电性能。
另外，还可以将金属纳米粒子等功能材料沉积在碳材料表面，以实现催化或传感等特定功能。
掺杂是另一种常用的表界面调控方法。
通过在碳材料中引入杂原子，可以改变材料的能带结构和电子结构，从而调控其电学性能。
例如，通过氮掺杂可以使石墨烯具有更好的导电性能和催化活性。
表面缺陷是一种提高碳材料性能的有效手段。
一般来说，表面缺陷可以提供更多的活性位点，增强材料的化学反应能力。
例如，石墨烯的边缘碳原子和缺陷位点可以作为催化剂的活性中心，提高材料的催化性能。
除了表界面调控外，层次化构建也是实现碳功能材料优化的重要方法。
层次化构建是指将不同形态、尺寸或结构的碳材料组装在一起，形成复合材料。
这种构建方式可以实现不同级别的功能定制，从而提高材料的整体性能。
层次化构建可以通过多种方法实现，如物理混合、化学合成、界面结合等。
例如，将石墨烯和碳纳米管组装在一起可以形成石墨烯纳米管复合材料，极大地提高了电子传输速率和机械强度。
碳功能材料的表界面调控和层次化构建在能源存储、催化剂、传感器等方面具有广泛的应用。
在能源存储方面，碳功能材料的表界面调控可以提高材料的电化学性能，提高储能效率。
在催化剂方面，通过表界面调控可以增强催化活性和选择性，提高反应效率。
碳纳米管的原理范文碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是由纯碳原子组成的纳米材料，具有具有优异的力学、电学、热学性能，在纳米科技领域具有广泛的应用前景。
本文将详细介绍碳纳米管的原理。
1.碳纳米管的结构：碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotube，SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotube，MWNTs）。
SWNTs由单一的一个碳原子层环绕而成，可以是单层结构或多层螺旋形结构。
MWNTs由多个碳原子层嵌套形成，内外层之间有一定的间隙。
2.碳纳米管的制备方法：(1)弧放电法：利用直流电或脉冲电，在两个石墨电极之间放电，产生高温，使石墨电极表面的碳原子蒸发并形成碳纳米管。
(2)化学气相沉积法：在合适的催化剂作用下，选择合适的碳源和气氛，在高温下进行沉积，生成碳纳米管。
(3)溶胶凝胶法：利用溶胶凝胶聚合物的制备方法，将碳源溶于溶剂中，在适当的条件下聚合形成碳纳米管。
3.碳纳米管的性质：碳纳米管具有许多独特的性质，包括力学、电学和热学性能。
(1)力学性能：碳纳米管具有极高的强度和刚度，可承受很大的拉伸力，具有优异的力学性能，使其在纳米材料中应用广泛。
(2)电学性能：碳纳米管可以是导电或半导体材料，具有优异的电导率。
SWNTs具有带隙，可以表现出半导体行为，而MWNTs则呈现出金属的电导性能。
(3)热学性能：碳纳米管的热导率非常高，比铜或铝等常见导热材料高几倍，使其具有很好的热传导性能。
4.碳纳米管的应用：碳纳米管由于其独特的性能，具有广泛的应用前景，如：(1)电子器件：碳纳米管可以作为场发射器件、纳米场效晶体管、非挥发性存储器储存单元等，用于集成电路和显示器件。
(2)储能器件：碳纳米管可以用作锂离子电池、超级电容器电极材料，具有优异的储能性能。
(3)材料增强：碳纳米管可以用于增加材料的力学性能，如用于复合材料中的增韧剂或强化剂。
纳米碳管碳纳米管
纳米碳管，也称为碳纳米管，是一种由碳原子构成的纳米结构
材料。
它们通常具有纳米级直径和微米级长度，呈现出管状结构。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）两种类型。
首先，让我们从结构和性质的角度来看待碳纳米管。
碳纳米管
的结构可以是单层（SWCNTs）或多层（MWCNTs）的碳原子排列而成
的管状结构。
它们通常具有优异的力学性能，如高强度、高导电性
和高导热性，这使得碳纳米管在材料科学和纳米技术领域具有重要
应用价值。
其次，从制备方法的角度来看，碳纳米管可以通过电弧放电法、化学气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法制备。
每种方法都有
其独特的优点和局限性，因此在选择制备方法时需要综合考虑所需
的纯度、产率和成本等因素。
再者，从应用领域的角度来看，碳纳米管具有广泛的应用前景。
在材料科学领域，碳纳米管可以用于制备高性能复合材料、导电纳
米材料和传感器等；在生物医学领域，碳纳米管可以用于药物输送、
生物成像和组织工程等方面；在电子学领域，碳纳米管可以用于制备柔性电子器件和纳米电子器件等。
最后，从环境和安全的角度来看，碳纳米管的环境影响和安全性也备受关注。
由于其纳米级尺寸和特殊的化学性质，碳纳米管可能对环境和人体健康造成潜在风险，因此在碳纳米管的生产和应用过程中需要加强对其环境影响和安全性的评估和管理。
综上所述，碳纳米管作为一种重要的纳米结构材料，在结构和性质、制备方法、应用领域和环境安全等方面都具有重要意义和挑战。
对碳纳米管进行深入研究和全面评估，有助于推动其在各个领域的应用和发展。
