碳纳米管论文

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1、碳纳米管看及其产业化姓名：刘佳班级：化学二班学号：2008600213在1991年F1本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备屮产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的uCarbonnanotube”,即碳纳米管，又名巴基管。1993年。S.Iijima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管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。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子，引起广泛的关注。和关的实验研究和

2、理论计算也相继展开。初步结呆表明：碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良容器，储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还髙。适当加热，氢气就可以慢慢释放出来。研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带式的储氢容器。据推测，单壁碳纳米管的储氢量可达10%（质量比）。此外，碳纳米管还可以用来储存甲烷等其他气体。碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。结构：碳纳米管具有典型的层状小空结构特征，构成碳纳米管的层片Z间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且

3、大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm,直径一般为2〜20nni。力学性能由于碳纳米管屮碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化屮S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50〜200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个

4、数量级；它的弹性模量可达lTPa,与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约SOOGPao碳纳米管是日前可制备出的具有最高比强度的材料。碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011MPa的水压下（和当于水下10000米深的压强），由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置，能够大大减轻重量。此外，碳纳米管的熔

5、点是H前已知材料中最高的。导电性能碳纳米管上碳原子的P电子形成大范I韦I的离域n键，由于共辄效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CRTs可以被看成具有良好导电性能的一维量了导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5X10-4K,但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向，其中Ch=nal+ma

6、2,为（n,m）oal和a2分别表示两个基矢。（n,m）与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定（n,m）的纳米管，如果有2n+m二3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于沪m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。传热性能碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常人的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。其他性能碳纳米管还具

7、有光学和储氢等其他良好的性能，正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。制备：目前常川的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳轼气体热解法），固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合成法。应用前景氢气被很多人视为未来的清洁能源。但是氢气本身密度低，压缩成液体储存乂十分不方便。碳纳米管自身重量轻，具有中空的结构，可以作为储存氢气的优良