氮掺杂纳米碳材料之制作表征及特性分析

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　　氮掺杂纳米碳材料之制作表征及特性分析1绪论1.1神奇的碳材料 碳是一种普通的元素，也是一种神奇的元素。它在自然界中广泛存在，是地球上一切有机体最主要的组成元素。碳原子之间不同的成键方式导致形成了多种不同存在形式的碳材料，既有常见的层状结构组成的质软滑腻的石墨，也有四面体结构组成的珍贵的坚硬不催的金刚石，毋庸置疑这些传统的碳材料对社会的进步和发展都起到了非常重要的作用。而在科学界，1985年富勒稀Ceo的发现使碳材料的研究进入了纳米科学时代，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而形成一个足球状的结构。之后1991年lijima报道的准一维结构的碳纳米管（Ts)的发现[2]更是极大的推动了纳米碳材料的发展。正当科学家们对碳纳米管的研究方兴未艾之时，石墨烯的发现则将纳米碳材料的研究推向了一个新的高潮（图1.1)。石墨稀是由单层的碳原子构成的二维材料，是其他碳材料的组成单元。这些新型纳米碳材料所具有的独特的物理和化学性能非传统的块体碳材料可比拟，科学家们对它们的研究热情也持续上升。作为传统块体碳材料和新型纳米碳材料之间的过渡状态，微米尺寸碳材料的发展也是蒸蒸日上。比如说一些形貌新颖的碳微米树[5]以及碳微米球[6]，碳微米管[7]等，极大的丰富了碳材料的家族，展现了碳材料在尺度和形貌上的多样性。但微米碳材料的发展远不如纳米碳材料，对其结构和性能的研究还不够深入，因此致力于微米碳材料的制备和性能研究对于提高人们对碳材料的认识也具有至关重要的意义。1.2微纳米碳材料介绍1.2.1碳纳米管碳纳米管可以看作是由单层或多层的石墨稀片按照一定角度卷曲形成的准一维的纳米直径的无缝管状结构。因此根据卷曲角度的不同可将碳纳米管分为锯齿型，扶手椅型和螺旋型三种[8],不同种类的碳纳米管性能也不尽相同。宏观上，根据石墨稀层数的不同可分为单壁碳纳米管（SAS.Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon[J].Nature,1991,354(6348):56-58.[3]N0V0SEL0VKS，GEIMAK,M0R0Z0VSV.Electricfieldeffectinatomicallythincarbonfilms[J]. Science,2004，306(5696):666-669.[4]OAC,GUINEAF,PERESNM.Dragraphene[J].Phys,NUGENTJM,SIEGELR,HUANGXX，aterLett，2011，65(12):2004-2006.[8]ALC,RINZLERAG,etal.Electronicstructureofatomicallyresolvedcarbonnanotubes[J].Nature,1998，391(6662):59-62.[9]TREACYMMJ,EBBESENT.ExceptionallyhighYoungsmodulusobservedforindividualcarbonnanotubes[J].Nature,1996，381(6584):678-680.[10]NEUPANES,LASTRESM,CHIARELLAM，etal.Synthesisandfieldemissionpropertiesofverticallyalignedcarbonnanotubearraysoncopper[J].Carbon,2012,50(7):2641-2650.(责任编辑：gufeng)