纳米材料与碳纳米管

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1、纳米材料与碳纳米管摘要：本文简述了纳米材料的基本概念、特性、制备方法、应用以及发展前景；同时对新型的纳米材料——碳纳米管进行了着重的介绍。前言3第一章纳米材料的概述41.1纳米技术的发展简史41.2纳米材料的概念41.3纳米材料的分类5第二章纳米材料的特性62.1小尺寸效应62.2表面与界面效应62.3量子尺寸效应62.4宏观量子隧道效应6第三章纳米材料的制备83.1纳米材料的制备技术的发展83.2纳米材料的制备8第四章纳米材料在社会生活方面应用124.1信息产业中的纳米技术124.2环境产业中的纳米技术124.3能源环保中的纳米技术124.4纳米生

2、物医药134.5纳米新材料134.6纳米技术对传统产业改造13第五章碳纳米管155.1碳纳米管发展155.2碳纳米管的独特性质17第六章碳纳米管的制备196.1概述19第七章碳纳米管的应用与前景237.1碳纳米管的应用237.2　国内外纳米管研究现状及展望25前言纳米材料是一门新兴学科，它是指：材料微观结构在0-3维内其长度不超过100nm；材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm；具有纳米结构。它有四种基本类型：纳米粒子原子团(零维)；纳米纤维和纳米管(1维)；纳米层或膜(厚度<100nm)材料(2维)块体纳米材料(3维)。按传统的材料科学体

3、系划分，纳米材料又可进一步分为纳米金属材料、纳米陶瓷材料、纳米高分子材料和纳米复合材料。由于纳米材料的独特结构，使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等，从而导致了纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变，并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值，得到广泛的应用。近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C6

4、0分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。因此，纳米材料研究是目前材料科学研究的一个热点，已经在当今新材料研究领域中最富有潜力，并对未来经济和社会发展有十分重要影响。本文根据大量资料,对纳米材料和纳米碳管所具有的一些独特性能进行综述,并对其应用、制备及前景进行了介绍和展望。第一章纳米材料的概述1.1纳米技术的发展简

5、史  1959年，著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德。费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后实现根据人类意愿逐个排列原子、制造产品，这是关于纳米科技最早的梦想。 1991年，美国科学家成功地合成了碳纳米管，并发现其质量仅为同体积钢的1/6，强度却是钢的10倍，因此称之为超级纤维.这一纳米材料的发现标志人类对材料性能的发掘达到了新的高度。1999年，纳米产品的年营业额达到500亿美元。1.2纳米材料的概念1.2.1纳米的概念纳米（nm）是一个长度单位，1纳米是10-9米（十亿分之一米），对宏观物质来说，纳米是一个很小的单位，不如，人的头发丝的

6、直径一般7000-8000nm，人体红细胞的直径一般为3000-5000nm，一般病毒的直径也在几十至几百纳米大小，金属的晶粒尺寸一般在微米量级；对于微观物质如原子、分子等以前用埃来表示，1埃相当于1个氢原子的直径，1纳米是10埃。1.2.2纳米材料的概念及其基本条件纳米材料是指在三维空间中至少有一维处在纳米尺度范围（1~100mm）或由他们作为基本单元构成的材料.一般而言，纳米材料应该包括两个基本条件：一是材料的特征尺寸在1-100nm之间，二是材料此时具有区别常规尺寸材料的一些特殊物理化学特性。1.3纳米材料的分类纳米材料大致可分为纳米粉末、纳米

7、纤维、纳米膜、纳米块体等四类。其中纳米粉末开发时间最长、技术最为成熟，是生产其他三类产品的基础。纳米粉末：又称为超微粉或超细粉，一般指粒度在100纳米以下的粉末或颗粒，是一种介于原子、分子与宏观物体之间处于中间物态的固体颗粒材料。可用于：高密度磁记录材料；吸波隐身材料；磁流体材料；防辐射材料；单晶硅和精密光学器件抛光材料；微芯片导热基片与布线材料；微电子封装材料；光电子材料；先进的电池电极材料；太阳能电池材料；高效催化剂；高效助燃剂；敏感元件；高韧性陶瓷材料（摔不裂的陶瓷，用于陶瓷发动机等）；人体修复材料；抗癌制剂等。纳米纤维：指直径为纳米尺度而长度

8、较大的线状材料。可用于：微导线、微光纤（未来量子计算机与光子计算机的重要元件）材料；新型激光或发光二极管材料