三碳纳米管与富勒烯ppt课件.ppt

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1、上海应用技术学院材料学院炭素化学及工艺2012.9——碳纳米管1.碳纳米管的发展简况在研究VGCF的早期工作中就已经发现有直径很细（几十到几百纳米）的空心管状纤维，但遗憾的是没有对其进行更详细的研究。到了20世纪80年代，对有机气体催化热解过程生成VGCF有了较详细的研究，产物中发现有石墨化程度较高的空心纤维，但没有定义为纳米碳管。直到1991年Iijima首先在高分辨率电镜下发现在C60的产物中有纳米级碳的管状物存在，将其定义为纳米碳管。纳米碳管（CNT）是继C60之后的又一重大发现，立即在科学界引起极大轰动。2

2、.碳纳米管简介又叫巴基管，碳的同素异形体由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管,片层之间的距离为0.34-0.36nm。单壁碳纳米管直径为1-6nm多壁碳纳米管直径nm→μm2.碳纳米管简介3.碳纳米管的分类按形态分：普通、其它按层数分：单壁、多壁按手性分：手性和非手性按定向性分：无序和定向按导电性分：金属性和半导体性3.碳纳米管的分类普通封口型变径型洋葱型海胆型竹节型念珠型纺锤型螺旋型其他异型单壁多壁3.碳纳米管的分类扶手椅型锯齿型螺旋型3.碳纳米管的分类无序定向3.碳纳米管的分类10-20

3、nmdiameter70nmdiameter150nm(a)and300nm(b)3.碳纳米管的分类直径细、结构多变、性质奇特高的机械强度和弹性强度≥100倍的钢，密度≤1/6倍的钢高的比表面积强的吸附性能4.碳纳米管的特性碳纳米管特性电学特性力学特性热学特性光学特性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、电磁学和化学性能。4.碳纳米管的特性电学特性：CNB具有良好的导电性能，由于CNB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

4、，表现出导体和半导体性能；完美CNB比缺陷CNB的电阻小一个数量级；径向电阻大于轴向电阻；碳纳米管束和单根纳米管都显示超导性，后者显示温度更低。4.碳纳米管的特性力学特性：CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6；弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。CNT的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。CNT的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，CNT的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料CNT被压扁，撤去压力后，碳纳米

5、管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。CNT力学性能各向异性，轴向和径向的力学性能差异大。4.碳纳米管的特性热学特性：碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高。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。4.碳纳米管的特性光学特性：碳纳米管具有良好的场发射性能。碳纳米管薄膜对太阳光有较强的吸收作用。ＣＮＴ与其它材料的性能对比材料CNT其它尺寸0.4-1.8nmCF:6-7μm密度g/cm31.33-

6、1.40Al:2.70CF:1.76拉伸强度109Pa45高强钢合金：2CF：3.6-7.4弹性大角度弯曲，恢复时无破坏金属与CF在晶界处断裂热传导W/m.K室温下可达6000纯金刚石为3320高温稳定性真空下稳定温度高达2800℃，空气中为750℃微集成片的金属线在600-1000℃熔化，CF在空气中350-400℃氧化4.碳纳米管的特性５.碳纳米管的制备电弧放电法激光蒸发法离子束辐射法电解法催化裂解法（CVD）模板法等离子法定向生长多壁单壁(1)电弧法５.碳纳米管的制备(1)电弧法５.碳纳米管的制备基本原理：电

7、弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。理想的工艺条件：氦气为载气，气压60—50Pa，电流60A～100A，电压19V～25V，电极间距1mm～4mm，产率50％。Iijima等生产出了半径约1nm的单层碳管。特点：CNT纯度和晶化度较高，但产量低。(2)激光蒸发法激光脉冲时间间隔越短，产率越高；激光脉冲功率越大，直径越小；CNT结构可控，纯度高５.纳米碳管的制备５.纳米碳管的制备（

8、3）离子束辐射法Chernoxatioskii等通过电子束蒸发覆在Si基体上的石墨，可合成直径10-20nm的相同方向排列的纳米碳管。Yammoto报道了一新的制备纳米碳管的方法，他在高真空条件下通过氩离子束对非晶碳进行辐射，午到了管壁10-15层厚的CNT。５.纳米碳管的制备（4）电解法1995年，W．K．Hsu等人首先报道了电解法制备CNT，他们以石墨为