纳米碳管内包覆外来物质的研究进展

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1、第t{卷第v期新型炭材料∂²¯qt{²qvussv年

2、月∞•≤×∞≥≥¨³qussv文章编号:tssz2{{uz(ussv)sv2stzw2sz纳米碳管内包覆外来物质的研究进展t,uttv张滨,刘畅,成会明,才庆魁(t.中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,辽宁沈阳ttssty;u.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳ttsssw;v.沈阳大学,辽宁沈阳ttssww)摘要:纳米碳管具有纳米尺度的准一维中空结构,这使得在其中空管腔内填充外来物质成为可能∀填充纳米碳管的理化性能与填充物的种类!结构!组分密切相关,因而人们可以根据需要自主设计和

3、组装各种类型的填充纳米碳管∀通过综述目前在纳米碳管内填充外来物质领域的研究动态,介绍填充预先制备的纳米碳管和在制备纳米碳管的过程中同时包覆外来物质的各种物理和化学制备方法及其可能的微观机制,阐述了这类被填充的纳米碳管在电子工业!信息技术!生物化学以及医学等领域的应用前景,并对今后尚待开展的纳米碳管与填充物质的相互作用规律!这种量子线的物理性能及其阵列的制备技术等研究工作进行了探讨和展望∀关键词:纳米碳管;包覆;填充中图分类号n:ΤΒv{vΤΘtuz.tt文献标识码:Αt引言充后材料的物理和化学性能∀外来物质如金属及其碳化物!氧化物甚至蛋白质被填充在

4、纳米碳管中,可[t][u]自从完全由碳构成的富勒烯和纳米碳管被以使纳米碳管的传导性能!电性能!磁性能以及力学发现以来,在世界范围内便开展了对具有纳米结构行为等发生很大的变化,因而纳米碳管的管内填充炭材料的全面研究∀纳米碳管和富勒烯等纳米结构受到广泛关注∀具有如下的共同特性:(t)都是纯碳质的纳米材料;(u)都具有封闭结构,有一层或多层由石墨烯构筑的v纳米碳管填充或管内包覆材料的几/墙0;(v)中心都是空的∀由于这些特性,它们可以种制备方法和不同的有机或无机材料发生相互作用,这种相互作用可以形成碳纳米复合材料,特别是在中空的纳3.1纳米碳管的填充方法

5、米碳管内包覆金属及其化合物,形成外面包有碳管纳米碳管的填充,就是指预先制备出纳米碳管,的金属纳米导线,从而赋予纳米碳管特殊的性能,开然后用化学方法或物理方法将金属或其化合物填充辟了纳米碳管研究及其应用的一个全新领域∀到纳米碳管的中空腔内∀v.t.t毛细管作用诱导填充[x]u纳米碳管内填充物质的发现t

6、

7、v年Αϕαψαν和Ιιϕιµα用纳米碳管做/模[v]t

8、{x年Ηεατη等在实验过程中观察到在富勒具0,制备出纳米碳管内填充铅(Πβ)的纳米导线∀其烯中空腔内可以包覆金属,而在发现纳米碳管后,人制备方法是:将用电弧法制备的多壁纳米碳管们就认为纳米碳管

9、的中空腔内填充金属应该是合乎(ΜΩΝΤ)和金属Πβ在wssε空气炉中退火,首先将逻辑的∀t

10、

11、u年Βρουγητον和Πεδερσον根据计算机ΜΩΝΤ端帽打开,随后金属Πβ填充到ΜΩΝΤ空腔[w]模拟的结果预言:开口的纳米碳管可作为高度可内∀由于纳米碳管端帽的富勒烯半球中存在碳原子极化的/分子麦杆(Μολεχυλαρστραωσ)0,通过毛细管作围成的五元环结构,在空气炉中加热时,这种五元环[x]用可以吸入极性分子∀t

12、

13、v年Αϕαψαν和Ιιϕιµα首缺陷比围成碳管管体的六元环更易于与金属发生反次在用电弧法制备出的纳米碳管内填充金属铅,其应而使

14、碳管端口优先打开,随后熔融态的金属Πβ便[y]后人们采用各种方法来填充纳米碳管,并且研究填可填充到ΜΩΝΤ内∀此后不久,Αϕαψαν等又报道收稿日期:ussv2sz2su;修回日期:ussv2s{2us基金项目:国家自然科学基金(xssuxusw)通讯作者:成会明,Ε2µαιλ:χηενγιµρ.αχ.χν作者简介:张滨(t

15、yx2),女,辽宁沈阳人,博士研究生,副教授,主要从事纳米碳管的包覆与填充研究∀Ε2µαιλ:βζηανγιµρ.αχ.χν第v期张滨等}纳米碳管内包覆外来物质的研究进展#tzx#[ty]了用红铅(ΠβvΟw)和铋(Βι)填充

16、纳米碳管,认为有效勒烯分子的报道∀用浓盐酸处理ΣΩΝΤ,可以使的填充方式是金属或其化合物的存在使得碳管端口管端帽有选择性地打开,并像ΜΩΝΤ那样用湿化学[tz]打开,而在没有空气的情况下进行填充,并且证实了法填充∀Σλοαν等在ΣΩΝΤ内填充进金属铷碳管端口氧化打开除了与端帽上的五元环缺陷有关(Ρυ)的单晶,并发现即使低表面张力的材料外,端帽处的曲率变化而产生的应力是关键因素∀(tvuµΝ/µ)有时也不能填充到ΣΩΝΤ内,而只在[z][us]∆υϕαρδιν等把硫(Σ)!铯(Χσ)和硒(Σε)填充入ΣΩΝΤ束的管间空隙处填充∀Γοϖινδαραϕ等

17、采用ΜΩΝΤ中∀他们通过Λαπλαχε方程推导了润湿角和溶液法分别用ΗΑυΧλw#ξΗuΟ或ΑυΧλv!ΗuΠτΧλy和表