纳米碳管的制备【文献综述】.doc

《纳米碳管的制备【文献综述】.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、毕业论文文献综述高分子材料与工程纳米碳管的制备纳米碳管(Carbonnanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Singlewalledcarbonnanotube,SWNT),多于一层的则称为多壁纳米碳管(Multi2walledcarbonnanotube,MWNT)。SWNT的直径一般为1〜6nm,最近的研究发现纳米碳管的最小直径为0.4nm和直径为0.36nm的碳管，但是很不稳定，同样直径大于6nm的SWNT也不稳定，会发生SWNT管

2、的塌陷。纳米碳管长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。MWNT的层间距约为0.34nm，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。纳米碳管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率，所以其中也有一小部分碳属sp3杂化。在不考虑手性的情况下，SWNT可以由两个参量完全确定(直径和螺旋角或两个表示石墨烯的指数(n,m)或者螺旋向量Cn和垂直向量T),MWNT则需要三个以上的参数表示。纳米碳管研究是富勒烯(C60,C70...)的继续，199

3、1年，理论预计纳米碳管具有许多的奇特电学性能，儿乎同时NEC公司Slijima在高分辨电子显微镜下观察采用电弧法制备的富勒烯中发现了一种管状结构，经过研究表明它们是同轴多层富勒管，被称为多壁纳米碳管，随后NEC公司的TWEbbesen和PMAjayan通过改进实验条件获得较多MWNTo实际上早在70年代已开始MWNT的研究，当时科学家在研究气相热解碳的过程中，经观察到这种纳米结构的碳，然而没有引起足够的重视和深入研究。1993年S.lijima和IBM公司同时报道了观察到SWNT。在早期实验中，电弧法制备SWNT产率很低，而且杂质较多。所以在Rice大学的RichardSmalley

4、研究小组发现激光蒸发方法可以得到极高产率的SWNT以后，开始了SWNT的物理性质的研究。此后,法国Montpellier大学的Bernier研究小组采用电弧法也可以得到高产率的SWNTo1998年，中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到较高产率的SWNTo由于SWNT结构比较简单，理论研究也比较容易，所以开始了对纳米碳管的广泛研究。中国科学家也在纳米碳管研究的国际竞争中，作出了巨大的贡献，目前国内纳米碳管的研究水平处于世界前列。国内开展了纳米碳管的研究单位很多，其中儿个主要的研究小组有:中国科学院金属研究所先进炭材料研究小组在成会明研究员的领导下，主要从事

5、先进炭材料（如纳米碳管、纳米碳纤维、复合材料）的研究。目前，主要研究工作集中于准一维纳米碳材料的制备、表征和应用研究，包括纳米碳管、纳米碳纤维、螺旋型碳纤维等。已经取得了一系列进展:采用有机物催化热解法制备单壁纳米碳管、氢电弧法大量制备单壁纳米碳管，采用有机物催化热解法制备多壁纳米碳管、纳米碳纤维和螺旋碳纤维，己经完成公斤级纳米碳管生产设备的研制，同时进行这些材料的储能、电极材料和复合材料等应用研究。中国科学院物理研究所谢思深研究员领导的研究小组，主要从事纳米碳管的理论研究，开展了纳米碳管定向和组装的研究，制备了纳米碳管阵列，得到了超长碳纳米管，并且测量了它们的拉伸强度。清华大学的范

6、守善教授领导的研究小组，主要进行纳米碳管制备和物性研究，制备出定向排列的MWNT束。此外还有中国科学院成都有机化学所、浙江大学、西安交通大学等也开展了纳米碳管的制备和应用研究。为了获得产量高、管径均匀、结构缺陷少、杂质含量低、成本相对低廉、操作方便的制备方法，人们进行了多方面的研究并发现了许多制备CNTs的新方法归纳起来主要有电弧法、激光蒸发（烧蚀）法、化学气相沉积法（CVD）等。电弧放电法是传统的生产富勒烯的方法⑺。该方法是在真空反应室中充满一定压力的惰性气体，采用面积较大的石墨棒做阴极，面积较小的石墨棒做阳极。在电弧放电过程中，两石墨电极间总保持一定的间隙。阳极石墨棒不断被消耗，

7、在阴极上沉积有纳米碳管、富勒烯、石墨颗粒、无定形碳和其他形式的碳微粒；同时在电极室的壁上沉积有由富勒烯、无定形碳等碳微粒组成的烟灰。此法特点：生长快速，工艺参数较易控制，但生长温度相对高，制备装置相对复杂,纯度和产率都较低，不适合在基片的表面直接生长定向纳米碳管，且不宜批量生产。激光蒸发（烧蚀）法是制备单壁纳米碳管的一种有效方法。其机理与电弧放电法类似，主要是通过激光轰击碳靶使其蒸发，然后从经过水冷沉积的碳产物中获得纳米碳管。激光蒸发（烧蚀）法的主要缺点⑻