碳纳米管的研究近况

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1、广东建材2012年第10期材料研究与应用碳纳米管的研究近况邓俊强(广东省建筑材料研究院)摘要：碳纳米管又名巴基管，是-9~具有独特结构的一维量子材料。由于具有独特的电子结构和物理化学性质，碳纳米管在各个领域中的应用已引起了各国科学家的普遍关注。关键词：碳纳米管；电弧放电法；化学气相沉积法；激光蒸发法；力学性能；电学性能；储氢性能自从碳纳米管在1991年被发现以来，由于其优异在1997年Joumet等人在这方面取得了突破性成的力学性能、导电性能、传热性能，引起了人们广泛的兴果，他们以原子比为Ni／Y=4．2：l为催化剂，制得

2、的单壁趣。碳纳米管的纯度达70％以上[。碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳1．2化学气相沉积法纳米管和多壁碳纳米管两种。单壁管是由单层圆柱型石化学气相沉积法具体制法是：是让气态烃通过附着墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有很高有催化剂微粒的模板，在8001200度的条件下，气态的均匀一致性。多壁管在开始形成的时候，层与层之间烃可以分解生成碳纳米管(其设备如图2)。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。1碳纳米管的制备目前常用的碳纳米管制各方法主要有：电弧放电法、化学气

3、相沉积法(碳氢气体热解法)、激光烧蚀法、固图2化学气相沉积法制备单壁纳米管的简要装置图相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离成法。开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦1．1电弧放电法不需要很高，相对而言节省了能量。在一定程度上克服电弧放电法是制备单壁碳纳米管的传统方法，电弧了电弧放电法的缺陷。但是制得的碳纳米管管径不整放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。的反应容器中，在两极之间激发出电弧(如图1)

4、。关于此法的定向问题，邹龙江等嘲用低毒廉价的环己烷为碳源、二茂铁为催化剂前驱体在900℃的温度下制得管径为20~40nm的高度定向的碳纳米管，并证明了铁催化剂颗粒进入反应体系后能够保持较长时间的一L-一_斗活性。图1电弧放电法制备单壁碳纳米管的装置简图美国Cincinnati大学的科学家们最近与RonkonkomaCVD设备公司合作，用化学气相沉积法技此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石术，使用了一种叫做EasyTube3000的特制熔炉，用来墨会蒸发，生成的产物有富勒烯(C60)、无定型碳和单壁破坏碳氢键生成

5、碳原子蒸气的原始材料。他们使用氧化或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含硅作为基底，金属和陶瓷交互的材料作为催化剂，在碳量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备蒸气中生长纳米管。制取到长度略小于2cm的碳纳米管圈。碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60化学气相沉积法工艺简便，成本低廉，制备的碳纳等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并米管规模易控制、回收率较高、长度可达微米级等特点，且得到的往往都是多层碳纳米管。同时碳纳米管的纯化及管径大小容易控制，越来越受到一35—材料研究与应用广东

6、建材2012年第10期人们的青睐。因而电极稳定性好，不易破损，其循环性能优于一股碳1．3激光蒸发法质电极。碳纳米管还有良好的宏观导电、导热性。所以采激光蒸发法是在高温电阻炉中，由激光束蒸发石墨用碳纳米管作为负极材料有利于提高锂离子电池的放靶，采用Co／Ni及Co／Pt等催化剂，是制备碳纳米管的电容量、循环寿命，改善电池动力学性能。一种方法(其设备如图3)。吴国涛等嵋用化学气相沉积法制备的碳纳米管作为锂离子电池的负极活性物质，容量可达700mA·h／g，蜇【t．．．—．．-．．．．．．．．_腰’：墨靶’并且电极循环性能良好，

7、经20次充放电循环后，放电量龇I’孝n

8、原子，中空部分为极好的微容器，是一种真正的表面2．1力学性能性固体。碳纳米管是由碳六边形构成的无缝中空网格组成，近年来，人们针对碳纳米管储氢材料做了大量的实其基面中的碳由碳spz杂化共价键直接相连，缺陷较验，有的甚至得到储氢容量为体积分数67．55％的结果。少，力学性能优异。它的强度比钢高100倍，但密