碳纳米管简介

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1、Presentation碳纳米管简介主讲：####组员：#######工程试验1班碳纳米管简介在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是碳纳米管现在被称作的“Carbonnanotube”，即碳纳米管,又名巴基管分类碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（SWNT）多壁碳纳米管（MWNT）碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：A:扶椅式单壁碳纳米管B:锯齿形单壁碳纳米管C:手性单壁碳纳米管D:螺旋状碳纳米管性能befor

2、etestaftertest杨氏模量1~5TPa，与石墨片层相当(1.06TPa)，比碳纤维高一个数量级，约为钢的100倍，而密度仅为钢的1/6拉伸强度10~150GPa，石墨片层为36.5GPa，是高强钢的20倍韧性拉伸形变至40％无明显脆性行为、塑性形变和断裂SWNTtensiletestbeforetestaftertest力学性能电性能性能AFMimageCNT电性能测试装置（左）电性能测试结果（右）根据螺旋结构的不同，碳纳米管的电学特性可表现为金属性和半导体性电特性与管径有较大关系d>6nm导电性明显下降d<6nm优良的导电性d~0.7nm表现出超导性电阻率

3、0.05µΩ.m~10mΩ.m电流密度1010~1013A/m2性能热稳定性真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC热导率理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1单根MWNT（直径14nm）的热导性测试结果插图为用于热导性测试的微器件，标尺为10μm热性能合成方法以掺有过渡金属（如Fe,Co,Ni,Mo等）或其氧化物的石墨为电极，在惰性气体环境中，电弧放电，消耗阳极石墨，在阴极上生成碳纳米管电压－12~25V;电流－50~120A;电极间隙－~1mm最早应用的碳纳米管合成方法可生产SWNT和MWNT简单、快速，制得的碳纳米管直而管径较细碳纳米

4、管易烧结成束，难于分离和提纯，收率较低电弧放电法（Arc-Discharge）合成方法激光烧蚀法（LaserAblation）惰性气氛中，利用激光的高能量蒸发石墨靶（含金属催化剂）来合成碳纳米管可生产SWNT和MWNT所得碳纳米管品质高，结构完整，缺陷较少，适合生长SWNT成本高，收率低合成方法化学气相沉积法（ChemicalVaporDeposition,CVD）利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的温度(500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管可生产SWNT和MWNT成本低，收率高，可大量生产碳纳米管的管

5、径在很大程度上依赖于催化剂颗粒的成分和尺寸，分布较宽；较多的结晶缺陷，石墨化程度较低，常发生弯曲和变形，管端和管壁上包有催化剂颗粒碳纳米管在进行结构表征、性能测试和应用之前，通常须进行分离与提纯CVD碳纳米管，根据应用需要，有时须进行高温石墨化处理以提高其结构完整性合成产物中，常伴有大量杂质，如无定型碳、富勒烯、金属催化剂等常用的提纯方法氧化法和高温热处理直接合成的SWNT提纯后的SWNT分离提纯应用领域储氢材料室温、1bar压力下，SWNT可储氢5-10wt%，MWNT则为14wt%可逆储/放氢量~5wt%，迄今为止最好的储氢材料嵌入碱金属后，能极大地提高储氢性能催化剂载

6、体比表面积大，表面原子与总原子比率可高达50％气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍复合材料填料可用于制备高性能化和多功能性兼备的纳米复合材料小尺寸特点决定了其聚合物复合材料可通过通用型聚合物加工设备进行生产生物、医药领域利用其高强度和柔韧性制备人造肌肉、人造骨骼等药物输运(drugdelivery)应用前景应用前景碳纳米制造“太空电梯”“太空电梯”工作原理图或许有一天我们会沿着超轻超强的碳纳米管电缆，搭乘太空电梯上太空观光旅行。应用前景碳纳米管制造人造卫星的拖绳在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁

7、。应用前景碳纳米管“蜘蛛衣”一教授计划用一种名为碳纳米管的超细纤维来制造“蜘蛛衣”，这种材料内部中空。由于非常微小，它具有像壁虎刚毛一样的吸附效果。壁虎、蜘蛛的脚上长满了细小的刚毛，能敏锐地寻找到各种固体表面的细微凹凸并吸附在上面。应用前景蜘蛛衣”的吸附力取决于与固体表面接触处的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几到几十纳米，相当于头发丝的1/10万，因此一片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管，由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的200倍。把一双用这种材料制成、手掌面积为200平方厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可