一维纳米材料在热传导性能中的研究

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1、一维纳米材料在热传导性能中的研究摘要：本文主要介绍什么是纳米材料，纳米材料的性能，以及一维纳米材料中碳纳米管在热传导性能中的研究及应用，最后介绍对一维纳米材料热传导性能研究的意义以及发展前景。关键词：纳米材料；性能；碳纳米管;热传导;应用研究OnedimensionalnanomaterialsinthermalconductivityofstudiesAbstract：Thispapermainlyintroduceswhatisnanomaterials,nanometermaterialperformance,aswellasaone-dimensionalnanomateri

2、alsincarbonnanotubes,carbonnanotubesinheatconductionperformancesuchaslineofresearchandapplication,andfinallyintroducedtoadnanometermaterialsheatconductionperformancetheimplicationsoftheresearchanddevelopmentprospects.Keywords：Nanomaterials;Performance;Carbonnanotubes;Heatconduction;Applicationr

3、esearch前言随着微电子技术的迅速发展，电子元器件的的特征尺寸已缩小至纳米量级，同时系统能量密度不断增大，因此器件的热管理问题变得相当重要。为保证电子器件稳定工作，须将器件工作过程中产生的热量迅速排出，因此需要寻找具有高导热能力并适合用于微纳米尺寸电子元器件制备的材料。纳米管作为一种准一维纳米材料具有导热性能高、热导热可控等优点，这与传统的通过选择不同材料对器件的传热性能进行控制的方式相比有了革命性的突破[1]，因此备受关注。本文将重点介绍一维纳米材料在热传导性能方面的研究。1纳米材料1.1纳米材料的定义8纳米材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指

4、尺寸在1～100nm间的粒子，是处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。1.2纳米材料的分类纳米材料按尺度在空间的表达特征，可分为零维纳米材料即纳米颗粒材料，一维纳米材料，如纳米线、棒、丝、管和纤维等，二维纳米材料，如纳米膜、纳米盘和超晶格，纳米结构材料即纳米空间结构材料，如介孔材料。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性。下面将着重介绍一种常见的一维纳米材料——碳纳米管。2碳纳米管2.1碳纳米管的定义碳纳米管是

5、一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成，管直径一般为几纳米到几十纳米，管壁厚度仅为几纳米，长度可达数微米。重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。2.2碳纳米管的性能碳纳米管具有许多特殊性能，尤其是在力学、电学、储氢性能、热学等方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。2.2.1力学性能由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，

6、可以拉伸。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善[2]。2.2.2导电性能碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。8碳纳米管具有良好的导电性能，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[3]。对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于这个的方向，碳纳米管

7、表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。2.2.3储氢性能碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0．335nm)略大的层间距(O．343nm)，是具有更加优良的储氢性能，也成为科学家关注的焦点。清华大学吴德海教授所领导的碳纳米材料研究小组，近日发现将碳纳米管制成电极，进行恒流充放电电化学实验，结果表明, 混铜粉定向多壁碳纳米管电极的储氢量是石墨电极的10倍, 是非定向多壁碳纳米管电极的13倍, 比电容量高1625 mAh/g, 单位体积储氢密度为39.8k