碳纳米管文献综述

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1、文献综述纳米碳管作为-•种碳素新材料，具有优界的力学、电学、储氢等物理性质，在纳米材料、纳米生物学、纳米化学等方而具有潜在的应用价值，成为近年来人们的研究热点。大批量、低成木合成纳米碳管是拓展纳米碳管应用研究的基础，因此对纳米碳管的合成研究也最多，并取得了一定的进展。纳米碳管的机械强度高，比农面积人，界而效应强，容易吸附金属催化剂，而被认为在催化剂载体领域里有很好的应用前景。一碳纳米管简史研究碳纳米管的历史，町以追溯到1889年，一项专利阐明了如何制备一维碳纳米材料,产物中可能冇碳纳米管。1970年，法国奥林大学(UniversityofOrleans)的En-do用气相生长技术制成了直径为

2、7nm的碳纤维，由于他没有对这些碳纤维的结构进行细致的评估和表征，所以并没有引起人们的注意。后來科学家在研究C60,C70的基础上认识到产牛无数种近石墨结构成为可能。1991年1月，H本筑波NEC实验室的饭岛澄男首先用高分辨率电镜观察到了他认为是一•种螺旋状的微管，也就是碳纳米管，文章发表在《自然》(Nature)杂志上。从而饭岛成为公认的碳纳米管发现者。1993年，S」ijima等和DS°Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层悖壁的碳纳米管，即单壁碳纳米悖产物。1997年，AC.Dillon等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分了，引

3、起广泛的关注。二碳纳米管的分类按照石墨烯片的层数，可分为：单壁碳纳米管(Single・wallednanotubes,SWNTs):由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别为0.75〜3nm和1〜50umo乂称富勒管(Fullerenestubes)：多壁碳纳米管(Multi・wallednanotubes,MWNTs):含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2〜50不等，层间距为0.34±0.01nm,与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2〜30nm和0.1~50卩m。三碳纳米管的制备方法冃前合成纳米碳管的方法主要冇电弧法、催化裂解法、化学气相沉积法、

4、固相热解法、激光法等。其中催化裂解法具冇方法简便、条件容易控制、可大量生产等优点，受到了人们的重视，成为制备纳米碳管的主要方法。但一般的催化裂解法生产的纳米碳悸粗品中，通常含冇催化剂载体，如SiO2：和AkOa,需经分离、纯化才能得到较为纯净的纳米碳管。这样既增加了中间步骤和生产成木，也降低了收率。其它得到碳纳米管的方法：碳纳米管可以在50°C的低温下通过锥与纳米孔状无定形碳的放热反应自发形成；乙怏和苯低压火焰燃烧的烟灰里也发现了碳纳米管；以熔融碱金属卤化物为电解液，以石墨棒为电极，在氮气气氛中通过电解方法合成了碳纳米管以及葱状结构；在粉末冶金法制备的合金Fe-Ni-C.Fe-Ni-Co-C

5、的微孔洞中发现了富勒烯和单层碳纳米管。四碳纳米管的纯化碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两类，它们的性质不同，所以其纯化方法也有所不同;而且山于不同的制备方法和实验条件引人的杂质不同，所以纯化方法还因具体的制备方法而异。到目前为止，已经提出的碳纳米管的纯化方法冇许多种,这些方法大致可分为物理方法、化学方法和综合纯化法。1、物理纯化法(1)离心分离法由于石墨微粒、碳纳米粒了和无定形碳等杂质的粒度比碳纳米管大，在离心分离时它们受到离心力的作用先沉积下來，而粒度较小的碳纳米管则留在溶液中，从而分离。(2)电泳纯化法Yamamoto等利用电泳原理，先将传统电弧放电法所制备的CNTs充分分散于异丙

6、醇溶液中，离心除去较大的碎片，然后在充满分散液的容器中放人两个间距为0.4mm的共而铝电极。因为CNTs有电各向界性这一特征，所以当两个铝电极之间加上大小为2.5X103V.cm-1的交变电场时，在电场的作用下，CNTs将向阴极移动，并沿着电场方向进行冇规律的定向排列。计算表明，CNTs在电场中迁移速率大于5X10-5cm2.V-1.S-1o该方法根据电泳速率的不同将CNTs与其它杂质颗粒分离，所得CNTs未受到损坏其研究人员还认为电泳法为单根碳纳米管的选择和操作提供了可能。(3)过滤纯化法碳纳米管在具有水表而活性的溶液中可以呈动态稳定的投胶状分散物存在。过滤法具有简捷、高效的特点，同时不会

7、破坏样站，但该方法成本较高。(4)空间排斥色谱法空间排斥色谱法(SEC)也称凝胶渗透色谱法。该方法是基于试样分子尺寸和形状的不同来实现分离。该方法所用的填充剂是凝胶，其孔穴大小应与被分离试样的大小相当。对于那些太大的分了(如碳纳米管)不能进人孔穴而被排斥，故随流动相移动而最先流出;小分子能深人大大小小的孔穴，完全不受排斥，而最后流出;中等大小的分了可进人较大孔穴，但会受到较小孔穴的排斥，所以在介于上述两种情况