碳纳米材料概述

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1、微纳碳球读书报告碳纳米材料概述学院：化生材学院名字：唐海学号：1020560120纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于lOOnm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原了(非碳原了)组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。近年來，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结品、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个碳原了组成的空心笼状分了。根据理论推算，包含20个碳原了仅是由正五边形构成的，C60分了是富勒烯式结构分了屮最小的—•利

2、「，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。徳、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启许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。分类(1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、屮空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。(2)碳纤维分为丙烯睛碳纤维和沥青碳纤维两种。碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1/4,强力是铁的10倍，除了冇高超的强力外，其化学性能非常

3、稳定，耐腐蚀性高，同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域，由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料。美国伊利诺伊大学发明了一种廉价碳纤维，有高强力的韧性，同吋有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等。(3)碳球根据尺寸人小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nmZ间)，如C60,C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm一1mZ间；⑶碳微珠，直径在Hum以上。另外，根据

4、碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等。碳纳米材料的性质及相关应用1.力学(1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺來制成防弹保暖隐身的军用装备。(2)材料增强体川于增强金属、陶瓷和冇机材料等。并R结合碳纳米管的导热导电特性，能够制备自愈合材料。2.隐身材料碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用：纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,这就大大减少波的反射率；纳

5、米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3〜4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多。因此，红外探测器及雷达得到的反射信号强度人人降低，很难发现被探测口标,起到了隐身作用。山于发射到该材料表而的电磁波被吸收，不产牛反射，因此而达到隐形效果。1.能源⑴储氢材料按5人座的轿车行使5()0公里计算，需要3.1Kg的氢气，以正常的油箱体积计算，氢气的存储密度应冇6.5wt%,H前的储氢材料都不能满足这一要求。碳纳米管由于其管道结构及多壁碳管Z间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料，国外学者证明在室温和不到Iba「的

6、压力下，单壁碳管可以吸附氢气5-10wt%o根据理论推算和近期反复验证，普遍认为碳纳米管的可逆储/放氢量在5wt%左右，即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料。(2)锂离子电池锂离子电池正朝髙能量密度方向发展，最终为电动汽车配套，并真正成为工业应用的非化石发电的绿色可持续能源，因此要求材料具有高的可逆容量。碳纳米管的层间距略大于石墨的层间距，充放电容量人于石墨，而且碳纳米管的筒状结构在多次充・放电循坏后不会塌陷，循坏性好。碱金属如锂离子和碳纳米管有强的相互作丿IJ。川碳纳米管做负极材料做成的锂电池的首次放电容量高达1

7、60()mAh/g,可逆容量为700mAh/g,远大于石墨的理论可逆容量372mAh/go4•纳米器件(纳米导线)碳纳米管的肓径仅数纳米至数十纳米，耐电流密度可达铜的100多倍，可以作为超级耐高电流密度的布线材料，半导体型的碳纳米管还町以川來构筑纳米场效应晶体管、单电子晶体管等纳米器件，变频器、逻辑电路以及环形振荡器等各种逻辑电路。IBM的研究人员己经在单一“碳纳米管”分子上构建了首个的完整电子集成电路，比当今的硅半导体技术貝有更为强人的性能，具有里程碑式的重大意义。5.电子器件(1)场致发射纳米级发射尖端、大长径比、

8、高强度、高韧性、良好的热稳定性和导电性等，使得碳纳米管成为理想的场致发射材料!有望在冷发射电子枪、平板显示器等众多领域中获得应川。FI本已制出该类技术的彩色电视机样机，其图象分辨率是目丽已知其它技术所不可能达到的。用碳纳米管制成的电了枪与传统的相比，不但具冇在空气中稳定、易制作的特点，而且具有较低的工作电压和人的发射电流，适用于制