纳米碳管制备技术研究进展

《纳米碳管制备技术研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、纳米碳管制备技术研究进展摘要本文综述今年来纳米碳管制备技术的研究进展，着重从纳碳米管的制备方法与应用前景两方面，阐述了纳米碳管的研究进展与发展潜力。关键词：纳米碳管、制备方法、性能特点1.引言纳米碳管是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。由于拥有潜在的优越性能，纳米碳管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，纳米碳管的研究进展随之加快，并在制备及应用方面取得了突破性进展。随着微电子技术的进一步发展，微细化成为器件的重要发展方向

2、，纳米器件的研究成为近几年的热点。并出现了许多不同的纳米器件制备工艺，如，：操纵原子、模板法制备纳米材料、纳米材料选择性生长等，但还未出现材料选择性好、成木低、可批量生产的技术。目前，以纳米材料为模块，釆用自下而上的构筑加工工艺(Bottom.up)制作纳米器件已成为一个亮点。这种工艺中，纳米材料可经不同制备方法获得，并可对其进行提纯、筛选等一系列前处理，进而充分保证了材料的质量，Bottom-up的构筑方式可根据设计要求实现任意纳米级尺寸的纳米器件，但目前还未出现有效、可控排布纳米材料的有关报道。纳米碳管由于具有独特的

3、结构、电学性质，已成为制备纳米器件的首要候选材料。纳米碳管是一种一维管状分子结构的新型功能材料，以其特殊的结构显示出了极强的量子效应和奇特的物理化学性能，在催化、复合材料、储能材料和微电子器件等诸多领域表现出了很大的潜在应用前景。目前制备纳米碳管的方法有石墨电弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等，其中前两种方法存在产量少，不易实现工业化牛产的特；而CVD法以其设备简单，成木低，反应过程容易控制，产量高等优点成为目前制备纳米碳管的主流。2.纳米碳管的性能简介纳米碳管具有优越的力学、电学、结构性能，在众多领域内具有广阔的应用

4、前景。(1)纳米碳管具有优良的耐热、耐腐蚀、耐冲击、传热和导电性能好、高温强度高、有自润滑性能和生物相容性等一系列综合性能。据估算。长度大于10nm的纳米碳管，其导热系数大于2800W/(m・K)。理论预测室温下真至可达6000W/(m•K)o(2)纳米碳管直径小、长径比大，为准一维纳米材料。其理论强度接近碳碳键的强度为同等体积钢强度的100倍，质量却只有1/6。可以作为高级复合材料的增强体。(3)纳米碳管具有奇特的电学性能，可用于制作纳米电子器件。纳米碳管的电子能带结构特殊。波矢被限定于轴向，量子效应明显，是真正的量子

5、导线，具有超导性能；纳米碳管具有发射阈值低、发射电流密度大、稳定性高等优界的场发射性能。可用于制作高性能平板显示器。(1)纳米碳管还具有很好的吸附特性，可以作为高效储氢材料。1.纳米碳管的制备方法3.1石墨电弧法石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工艺方法，也是最主要的方法，后经过优化工艺，每次可制得克量级的纳米碳管。其主要艺是:在真空反应室中充惰性气体或氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极，细石墨棒为阳极，在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物。采用此法合成纳米碳管时。工艺参数的改变

6、如更换阴极材料或改变惰性气体都将大大影响纳米碳管的产率。Ebbesn等人在氮气制备纳米碳管，并且可制得克级纳米碳管，从而使这种方法被广泛应用。电弧放电法制备单壁纳米碳管具有设备简单、原料易得、成木低的优势，一直受到科学工作者的关注；但是该法操作条件不易掌控，产物中单壁纳米碳管的含量取决于炉中的位置，不同位置的含量差别较大，且合成的单壁纳米碳管纯度不高，含有较多的无定形碳和金属颗粒，易缠结。电弧法的特点是简单快速，制得的纳米碳管管直，结晶度高，但产量不高，而且由于电弧温度高达3000—3700°C,形成的纳米碳管会被烧结成

7、一烧结成束，束中还存在很多非晶碳杂质，造成较多的缺陷。电弧法目前主要用于生产单壁纳米碳管。3.2激光蒸发法激光蒸发法，其原理是利用激光束照射至含有金属的石墨靶上，将其蒸发，同时结合一定的反应气体，在基底和反应腔壁上沉积出纳米碳管。smalley等制备C60时，在电极中加入一定量的催化剂，得到了单壁纳米碳管。Thess等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较大数量的单壁纳米碳管。这种方法易于连续牛产，但制备出纳米碳管纯度低，易缠结，且需要昂贵的激光器，耗费大。激光蒸发法，即将一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶放置于一长形石英

8、管中间，该管则置于一加热炉内。当炉温升至1473K时，将惰性气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光的照射下将牛成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的作用下牛长成单壁纳米碳管。激光烧蚀法合成的单壁纳米碳管纯度高，但所用设备比较昂贵，合成单壁纳米碳管的量极其有限且容易缠结，因