碳纳米材料简介
碳纳米材料概述
碳纳米材料概述名字：唐海学号：1020560120前言纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。
分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）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。
近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、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个碳原子组成的空心笼状分子。
根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，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。
德、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有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、中空的管体，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)碳纤维分为丙烯腈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，除了有高超的强力外，其化学性能非常稳定，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，同时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)碳球根据尺寸大小将碳球分为：(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—20nm之间)，如C60，C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球，直径在50nm一1μm之间；(3)碳微珠，直径在11μm以上。
另外，根据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。
碳纳米管复合材料
碳纳米管复合材料
碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状结构材料，因其独特的物理和化学性质，被广泛应用于复合材料领域。
碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料复合而成的新型材料，具有轻质、高强度、高导电性、高导热性等优异特性，被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子设备等领域。
首先，碳纳米管复合材料在航空航天领域具有重要应用。
由于碳纳米管本身具有极高的强度和刚度，将其与航空用树脂复合，可以显著提高航空器的强度和耐久性。
同时，碳纳米管复合材料的导电性和导热性也使其成为航空器的理想材料，可以用于制造飞机的航空电子设备外壳和导热结构件。
其次，碳纳米管复合材料在汽车制造领域也有着重要的应用前景。
汽车是碳纳米管复合材料的重要应用领域之一，由于碳纳米管具有轻质高强度的特性，可以显著降低汽车的整体重量，提高汽车的燃油经济性和性能。
同时，碳纳米管复合材料的高导电性也可以应用于汽车的电子设备和充电设备的制造，提高汽车的智能化水平。
此外，碳纳米管复合材料在电子设备领域也有着广泛的应用。
由于碳纳米管具有优异的导电性和导热性，可以用于制造高性能的电子元件，如场效应管、薄膜晶体管等。
同时，碳纳米管复合材料还可以用于制造柔性电子设备，如可穿戴设备、柔性显示屏等，为电子设备的发展带来新的可能性。
总的来说，碳纳米管复合材料以其独特的优异性能，在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展，相信碳纳米管复合材料将会在更多领域展现出其巨大的潜力，为人类社会的发展进步做出更大的贡献。
碳纳米管的孔径 离子传输速率
碳纳米管的孔径离子传输速率
摘要：
一、碳纳米管简介
二、碳纳米管的孔径对离子传输速率的影响
三、影响碳纳米管孔径的因素
四、提高离子传输速率的途径
五、结论
正文：
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维纳米材料，其直径仅为几纳米，长度可达数十微米。
碳纳米管因其独特的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景，如能源存储、传感器和催化剂等。
在众多应用中，离子传输速率是一个关键因素。
碳纳米管的孔径对离子传输速率有着显著的影响。
一般来说，孔径较小的碳纳米管具有较高的离子传输速率。
这是因为孔径较小的碳纳米管对离子的扩散阻力较小，离子能够更快地通过碳纳米管。
然而，孔径过小会导致碳纳米管的比表面积减小，从而影响其在某些应用中的性能。
因此，在实际应用中需要权衡孔径与离子传输速率之间的关系。
影响碳纳米管孔径的因素主要包括碳纳米管的直径、长度和结构。
碳纳米管的直径和长度会影响其孔径，一般来说，直径较小的碳纳米管具有较小的孔径。
此外，碳纳米管的结构（如手性）也会影响其孔径。
通过调控这些因素，可以实现对碳纳米管孔径的有效调控，进而优化离子传输速率。
提高离子传输速率的途径包括：
1.优化碳纳米管的结构和性质，如提高碳纳米管的纯度、改善其分散性等；
2.制备具有特定孔径和结构的碳纳米管；
3.采用复合材料设计策略，将碳纳米管与导电聚合物、金属纳米粒子等复合，以提高离子传输速率。
总之，碳纳米管的孔径对离子传输速率具有重要影响。
通过调控碳纳米管的直径、长度和结构等因素，可以实现对孔径的有效调控，从而优化离子传输速率。
碳纳米材料
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碳纳米管的应用潜力
高性能纤维、复合材料 高导电、高导热纤维/复合材料 抗冲击防护材料 电磁屏蔽 锂电/超电容储能和电极材料 吸附和过滤材料 用于：航空航天、军工、能源、环境、机械、电子、生活
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石墨烯
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20世纪70年代，Clar等利用化学方法合 成一系列具 有大共轭体系的化合物，即 石墨烯片。
Schmidt等科学家对其方法进行改进，合 成了许多含不同边缘修饰基团的石墨烯 衍生物，但这种方法不能得到较大平面 结构的石墨烯。
2004年，Geim等以石墨烯为原料，通过
微机械力剥离法得到一系列叫作二维原
子晶体的新材料——“石墨烯
（graphene）”
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石墨烯中各个碳原子之间的连接十分柔韧，当对其施加 外部机械力时，碳原子面就会弯曲变形，从而使碳原子 不必重新排列来适应这个外力，就保持了该材料结构的 稳定性。
同时，这种稳定的晶体结构也使石墨烯具有优秀的导电 性，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷 或引入外来原子而发生散射。
石墨烯因具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性 能及其非凡的电子传递性能等一系列优异的性质。
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石墨烯独特的性能与其电子能带结构紧密相关。石墨烯 电子能带结构以独立碳原子为基，将周围碳原子产生的 势作为微扰，可以用矩阵的方法计算出石墨烯的能级分 布。在狄拉克点附近展开，可得能量与波矢呈线性关系 （类似于光子的色散关系），且在狄拉克点出现。这意 味着在费米面附近，石墨烯中电子的有效质量为零，这 也解释了该材料独特的电学等性质。
碳纳米材料
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碳纳米简介
碳纳米材料的含义：
纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm 的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种 原子（非碳原子）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。
碳纳米材料的性能及应用作业.
碳纳米材料的性能及应用Z09016114 蔡排枝摘要:纳米材料被誉为21 世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。
本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。
.引言碳纳米材料是指材料微观结构在0-3 维内其长度不超过100nm;由碳原子组成, 材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。
它有四种基本类型:a. 纳米粒子原子团如 C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2 维 d.块体纳米材料如金刚石(3 维。
由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。
由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。
碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。
由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。
比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”其,性质随直径和螺旋角的同有明显变化。
近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。
.碳纳米材料的性能2.1C60的主要性质及应用C60具有缺电子烯的性质,同时它又兼备给电子能力,六元环间的6:6 双键为反应的活性部位,可发生诸如氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应,并可参与配合作用。
低维材料之碳纳米管
五、碳纳米管复合材料
可以与金属，无机陶瓷材料，有机 高聚物复合，应用广泛
理想的工艺条件：氦气为载气，气压 60—50Pa，电流60A～ 100A，电压19V～25 V，电极间距1 mm～4mm，产率50％。 Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
• 使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60 等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是 多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该 方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为 阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。
结构复合材料：碳纳米管复合材料基于 纳米碳管的优良力学性能可将其作为结 构复合材料的增强剂。 研究表明，与无机复合明显提高韧性， 有机聚合物复合提高强 度。环氧树脂和 纳米管之间可形成数百MPa 的界面强度。 功能复合材料：基于碳纳米管优良的导 电，导热，吸波，介电，储氢功能
六、碳纳米管应用
• 碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，用以代替ITO（氧化铟锡）作为触摸屏的材料。先前的技术中， 科学家利用粉状的碳纳米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃衬底上，但是这样的技术至今没有进 入量产阶段；目前可成功量产的是利用超顺排碳纳米管技术；该技术是从一超顺排碳纳米管阵列中 直接抽出薄膜，铺在衬底上做成透明导电膜，就像从棉条中抽出纱线一样。
碳纳米管
碳纳米管的分类
• 碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳 米管和多壁碳纳米管，多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获 各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小 的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最 内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。
碳纳米材料综述
碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
碳纳米材料简介
神奇的碳材料、摘要：碳元素作为地球上丰富的元素之一，其性质多样，应用广泛。
对碳材料的研究有着深远的意义与价值。
近年来，碳材料的研究相当活跃，出现了多种多样的新型碳材料。
其中包括石墨烯、富勒烯等，这些新型的碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。
关键词：石墨烯、富勒烯、碳纳米管、应用石墨烯【1】在2004年，英国的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃塞洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。
他们从石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。
不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。
而后制得是摩西的方法多种多样。
石墨烯是一种二维晶体，最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”(electric charge carrier)，的性质和相对论性的中微子非常相似。
人们常见的石墨是由一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而形成的，石墨的层间作用力较弱，很容易互相剥离，形成薄薄的石墨片。
当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨石墨烯特性（1）比钻石还要坚硬科学家发现了一些只有100分之一头发丝宽度的石墨烯薄片后，他们就开始使用原子尺寸的金属和钻石探针对它们进行穿刺，从而测试它们的强度。
让科学家震惊的是，石墨烯比钻石还强硬，它的强度比世界上最好的钢铁还高100倍石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定。
其完美的晶格结构，常被误认为很僵硬，但事实并非如此。
石墨烯各个碳原子间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形。
这样，碳原子就不需要重新排列来适应外力，这也就保证了石墨烯结构的稳定，使得石墨烯比金刚石还坚硬，同时可以像拉橡胶一样进行拉伸。
碳纳米管材料的用途
碳纳米管材料的用途碳纳米管（CarbonNanotubes,CNTs）是由碳原子构成的纳米级管状结构材料，具有独特的物理和化学性质，因此在许多领域中被广泛应用。
本文将从电子学、材料科学、生物医学等方面介绍碳纳米管的用途。
一、电子学碳纳米管是一种优秀的电子材料，具有优异的电导率、热导率和机械强度。
由于其微小的尺寸和高导电性，碳纳米管被用作纳米电子学器件的组件，例如场效应晶体管、单电子晶体管、透明导电电极等。
其中，单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes, SWCNTs）在电子学领域中表现出了极佳的性能，可以作为晶体管的理想替代品。
此外，由于碳纳米管的尺寸比传统的晶体管小得多，因此可以制造出更小、更高密度的电子元件，这对于集成电路的发展具有重要意义。
二、材料科学碳纳米管的高机械强度和抗拉性能使其成为理想的增强剂。
将碳纳米管与聚合物、金属和陶瓷等材料复合可以获得更高的强度和硬度。
同时，碳纳米管还可以用于制备高性能复合材料，例如碳纳米管增强的聚合物、金属基复合材料、陶瓷基复合材料等。
这些复合材料在航空航天、汽车工业、建筑业等领域中有广泛的应用。
三、生物医学碳纳米管在生物医学领域中也有重要的应用。
首先，碳纳米管可以用于生物成像，例如通过将碳纳米管表面修饰成与靶标分子特异性结合的生物分子，可以实现对细胞、组织和器官的高分辨率成像。
其次，碳纳米管还可以用于药物传递。
通过将药物包裹在碳纳米管内，可以提高药物的生物利用度和靶向性，从而实现更有效的治疗。
此外，碳纳米管还可以用于组织修复和再生。
将碳纳米管与生物材料复合可以促进细胞的黏附和增殖，从而促进组织的修复和再生。
四、其他领域除了电子学、材料科学和生物医学领域，碳纳米管还可以应用于许多其他领域。
例如，碳纳米管可以用于环境污染治理。
通过将碳纳米管与其他材料复合，可以制备出具有高效吸附和催化降解能力的复合材料，从而实现对污染物的治理。
碳纳米管的研究和应用
碳纳米管的研究和应用碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有极高的导热和导电性、强度和轻量化等优异性能，近年来已成为纳米材料研究领域的热点话题。
本文将简要介绍碳纳米管的性质特点、制备方法以及它们在电子学、医学和能源等方面的应用。
一、碳纳米管的性质特点碳纳米管具有许多独特的性质特点，这些性质使得它们在许多领域有着广泛的应用前景。
首先是碳纳米管的导热和导电性能极高，比铜的导电性能还要好。
理论上，碳纳米管的电阻率可以达到金属的1/1000，而且能够在室温下运输电子。
这些性能几乎没有与之相媲美的材料。
其次是碳纳米管的强度极高。
碳纳米管中的碳原子排列方式可以形成类似鸟巢的纳米空腔结构，使得碳纳米管的刚度和强度远高于其他材料。
利用碳纳米管可以制备出超级强度复合材料，提高材料的强度和耐磨性能。
最后是碳纳米管的轻量化特性。
碳纳米管的质量只有同等体积下石墨材料的1/6，而且具有高表面积和大的空气孔隙结构，与其他材料相比有着更强的吸附和催化作用，因此有着良好的吸附分离和催化性能。
二、碳纳米管的制备方法碳纳米管有多种制备方法，包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等。
其中，化学气相沉积法是目前应用最为普遍的一种制备方法。
化学气相沉积法是通过在高温下将碳源气体转化为碳纳米管的方法。
一般来说，碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔等。
通过控制反应条件，可以制备出长度、直径、数量、结构等不同的碳纳米管。
与其他制备方法相比，化学气相沉积法具有制备出高质量、大量、结构比较规则的碳纳米管的优点。
三、碳纳米管的应用碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用，以下仅列出其中的几个方面。
1. 电子学碳纳米管具有优越的导电性能和热导性能，被认为是下一代电子学元器件的有力竞争者。
碳纳米管可以作为场效应晶体管、热电元件、透明电极等电子元件，还可以应用于柔性电子、纳米电池等领域。
2. 医学碳纳米管可以作为药物输送载体，具有较大的表面积和大量表面官能团，能够帮助药物靶向传输和细胞内吸收。
碳纳米管复合材料
碳纳米管复合材料碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有极高的强度和导电性能。
碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料结合而成的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
本文将从碳纳米管的特性、制备方法、以及在复合材料中的应用等方面进行介绍。
首先，我们来了解一下碳纳米管的特性。
碳纳米管具有极高的比表面积和机械强度，同时具有优异的导电性和导热性能。
这使得碳纳米管在复合材料中具有很大的优势，可以显著提高复合材料的力学性能和导电性能。
此外，碳纳米管还具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的环境下保持稳定的性能。
其次，我们来看一下碳纳米管复合材料的制备方法。
目前，制备碳纳米管复合材料的方法主要包括物理混合法、化学还原法和原位合成法等。
物理混合法是将碳纳米管与其他材料进行机械混合，然后通过热压或注塑等工艺将其制备成复合材料。
化学还原法则是利用化学方法将碳纳米管与其他材料进行还原反应，形成复合材料。
原位合成法则是在制备过程中直接在碳纳米管上合成其他材料，形成复合材料。
这些方法各有优缺点，可以根据具体的应用需求选择合适的方法。
最后，我们来讨论一下碳纳米管复合材料在各个领域的应用。
碳纳米管复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等领域都有着广泛的应用。
在航空航天领域，碳纳米管复合材料可以制备轻质高强度的结构材料，用于制造飞机、卫星等航天器件。
在汽车制造领域，碳纳米管复合材料可以制备高强度、耐磨损的汽车零部件，提高汽车的安全性和耐久性。
在电子设备领域，碳纳米管复合材料可以制备柔性电子材料，用于制造柔性显示屏、柔性电池等产品。
在医疗器械领域，碳纳米管复合材料可以制备生物相容性良好的材料，用于制造人工骨骼、人工关节等医疗器械。
总之，碳纳米管复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，将在未来得到更广泛的应用。
随着制备技术的不断进步和应用领域的不断拓展，碳纳米管复合材料将为人类社会带来更多的惊喜和便利。
纳米碳材料简介
2.3.4 应用与展望
C60的研究已涉及到有机化学、无机 化学、生命科学、材料科学、高分子 科学、催化化学、电化学、超导体与 铁磁体等众多学科和应用研究领域， 并越来越显示出巨大的潜力和重要的 研究及应用价值。
碳60超导体 60超导体
碳60的奇异性能举例 的奇异性能举例
已经试验过往C60中掺杂，引入碱金属、碱土金属原子， 可以得到各向同性的超导性，制成了有机超导体。
2.4.8催化裂解无基体法 2.4.8催化裂解无基体法
采用该装置制备的碳纳米管，质量较好，管径一般能有效地控制在 20～30nm，长度达200m以上，多是直管且平行成束，很少看到催 化剂颗粒的存在，杂质很少。
2.4.9 浮动催化法制备多壁碳纳米管
浮动催化法是一种可以批量半连续制备碳纳米 管的方法，一般采用有机金属化合物为催化剂 原料，与碳氢化合物一同引入反应室，在一定 温度下分解出铁原子并聚集成一定大小的催化 剂颗粒。碳氢化合物在催化剂颗粒上吸附、分 解、扩散并析出碳纳米管。 反应室为陶瓷管，放置在立式电阻炉(额定温度 1200℃)中。反应溶液随载气(氢气)以蒸气的形 式引入反应室。
1985年11月14日，Kroto，Curl和Smalley等人，《自然》杂志，正式 宣布C60的发现及结构模型；1996年，获得诺贝尔化学奖。 C60分子中每一个C原子与周围三个C原子形成3个σ键，剩余的轨道和 电子共同组成离域π键，可简单地将其表示为每个碳原子与周围3个 每个碳原子与周围3 每个碳原子与周围 碳原子形成2个单键和1个双键。C60的结构参数为C—C—C，键角平均 碳原子形成2个单键和1个双键 为116，杂化轨道类型为SP2.28，六边形键长为0.1388nm，五边形键长 为0.1432nm，晶体型式为面心立方 面心立方的分子晶体。 1967年加拿大蒙特利尔万国博览会，美国展览馆是由五边形和六边形 组成拼接构成的圆顶建筑-----启发 启发，提出了C60的分子结构。因此， 启发 他们决定以该展览馆建筑师的名字Buckminster Fuller命名，定为 “Buckmister fullerene”, 词尾ene为英文“烯烃”的后缀，表示C60 的不饱和性，简称“Fullerene”或“Buckyball”亦称footballene
碳纳米材料导电剂
碳纳米材料导电剂
碳纳米材料导电剂是指用于提高材料导电性能的碳纳米材料。
碳纳米材料，如石墨烯、碳纳米管和富勒烯等，具有优异的电学、热学和力学性能，被广泛应用于高分子复合材料、电池、传感器等领域。
碳纳米材料导电剂的应用主要涉及以下几个方面：
1.电池领域：在锂离子电池中，碳纳米材料导电剂可以提高电极的导电性和
充放电性能，从而提高电池的能量密度和寿命。
例如，石墨烯可以作为锂离子电池的导电添加剂，提高电极的电子传输和离子扩散速率。
2.导电高分子材料：碳纳米材料导电剂可以用于制备导电高分子材料，如聚
苯胺、聚吡咯等。
这些导电高分子材料可以在电磁屏蔽、传感器等领域应用。
3.传感器领域：碳纳米材料导电剂可以用于制备传感器，如气体传感器、湿
度传感器等。
由于碳纳米材料具有高的比表面积和优异的电学性能，可以有效地提高传感器的灵敏度和响应速度。
4.光学领域：碳纳米材料导电剂可以用于制备透明导电膜等光学器件，如触
摸屏、太阳能电池等。
这些器件需要高透光率和低电阻率，碳纳米材料导电剂可以满足这些要求。
总之，碳纳米材料导电剂是一种重要的材料添加剂，可以提高材料的导电性能和相关性能。
其应用领域广泛，包括电池、导电高分子材料、传感器和光学器件等。
碳基纳米材料在环境治理中的应用
碳基纳米材料在环境治理中的应用随着现代工业的不断发展，环境污染问题越来越突出，环境治理工作也显得愈加紧迫。
碳基纳米材料因其特殊的性质，在环境治理中具有广泛的应用前景。
本文将从碳基纳米材料的概念和性质入手，阐述其在环境治理中的应用。
一、碳基纳米材料的概念和性质碳基纳米材料是指一类尺寸在1~100纳米之间，由碳原子组成的材料。
其最基本的结构单元是一维纳米管，二维纳米板和三维纳米球。
碳基纳米材料的种类繁多，主要包括：纳米碳管、石墨烯、纳米钻石等。
碳基纳米材料具有很多独特的物理和化学性质，其中最为重要的性质就是其巨大的表面积和通量。
由于碳基纳米材料的尺寸非常小，其表面积非常大，这种特殊的表面结构对吸附和催化具有很强的能力。
碳基纳米材料还具有高强度、超导、热导等特性，这些性质使其在环境治理中具有广泛的应用前景。
二、碳基纳米材料在水处理中的应用水是生命之源，保障水资源的安全对于人类的生存和发展至关重要。
然而，现代工业的发展导致水资源遭受着严重的污染。
而碳基纳米材料具有优异的吸附和催化能力，可以很好的解决水污染问题。
纳米碳管是一种常用的碳基纳米材料，具有独特的物理和化学性质。
纳米碳管的直径非常小，表面积很大，可以很好的吸附水中的各种有机物、重金属和微生物等。
石墨烯也是一种很有前景的水污染治理材料。
石墨烯具有极高的表面积和强大的氧化还原性，可以有效地去除水中的有机污染物和重金属离子。
三、碳基纳米材料在空气净化中的应用空气污染已成为我们生活中不可忽视的问题。
颗粒物、烟尘和有害气体不仅严重危害人类健康，也使生态环境受到破坏。
碳基纳米材料在空气净化中有着广泛的应用前景。
石墨烯是一种具有高效氧化作用的碳基纳米材料，可以有效地分解空气中的有害气体如二氧化硫和一氧化碳等。
另外，纳米碳管也可以很好地吸附空气中的颗粒物和烟尘等污染物质，起到净化空气的作用。
四、碳基纳米材料在土壤修复中的应用土壤污染是现代工业的主要污染源之一。
重金属、有机物和其他有害物质降低了土壤的肥力和产能，威胁着生态环境的可持续发展。
碳纳米管的层数
碳纳米管的层数简介碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有独特的结构和优异的性能。
碳纳米管的层数是指管壁上碳原子排列的层数，不同层数的碳纳米管具有不同的物理和化学性质。
本文将介绍碳纳米管的层数对其性质和应用的影响。
单层碳纳米管单层碳纳米管是最简单的碳纳米管结构，由一个完整的碳原子层卷曲而成。
单层碳纳米管的直径通常较小，具有较高的柔韧性和强度。
由于其独特的电子结构，单层碳纳米管表现出半导体或金属的导电性质，具有广泛的应用潜力。
单层碳纳米管的制备方法包括化学气相沉积、电弧放电、激光热解等。
其中，化学气相沉积是最常用的方法，通过在适当的温度和压力下，将碳源气体分解生成碳原子，使其在催化剂的作用下形成碳纳米管。
多层碳纳米管多层碳纳米管是由多个碳原子层叠加而成的管状结构。
多层碳纳米管的直径通常较大，具有较低的柔韧性和强度。
由于多层碳纳米管中的碳原子层数增加，管壁的结构更加复杂，导致其电子结构和导电性质发生变化。
多层碳纳米管的制备方法与单层碳纳米管类似，但需要调整反应条件以控制碳原子的层数。
通过控制碳源气体的流量、温度和催化剂的性质，可以制备出具有特定层数的多层碳纳米管。
碳纳米管的层数与性质碳纳米管的层数对其性质具有重要影响。
随着层数的增加，碳纳米管的直径增大，柔韧性和强度降低。
多层碳纳米管的导电性较差，而单层碳纳米管则具有较好的导电性能。
碳纳米管的层数还影响其光学性质。
单层碳纳米管具有明显的量子限制效应，显示出独特的光学吸收和发射行为。
而多层碳纳米管由于层数较多，量子限制效应减弱，光学性质变得更加复杂。
此外，碳纳米管的层数还决定了其应用领域。
单层碳纳米管在柔性电子器件、传感器、储能材料等领域具有广泛应用。
多层碳纳米管则更适用于复合材料、涂层和催化剂等领域。
碳纳米管的应用碳纳米管由于其独特的结构和优异的性能，被广泛应用于多个领域。
1.电子器件：碳纳米管的高载流子迁移率和优异的导电性能使其成为柔性电子器件的理想候选材料。
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碳纳米材料简介第一章碳纳米材料简介碳元素碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布非常广泛的元素，也是目前最重要、最使人着迷的元素之一。
尽管它在地壳中含量仅为0.027%，但是对一切生物体而言，它是最重要且含量最多的元素，人体中碳元素约占总质量的18%碳元素是元素周期表中IV A族中最轻的元素。
它存在三种同位素：12C、13C、14c。
碳单质有多重同素异形体，他是迄今为止人类发现的唯一一种可以从零围到三维都稳定存在的物质。
如零维的富勒烯( fullerenes )，一维的碳纳米管(carb on nano tubes )，二维的石墨烯(graphe ne)，三维的金冈寸石(diam ond) 和石墨(graphite )等。
碳纳米材料富勒烯富勒烯是指完全由碳原子组成的具有空心球状或管状结构的分子。
1985年, Kroto，Smalley和Curl在美国莱斯大学发现了第一个富勒烯分子一一C6。
这一发现使得他们赢得了1996年的诺贝尔化学奖。
G。
由60个原子组成，包含20个六元环和12个五元环。
这些环平面堆积在一起的方式和足球的表面结构一样，因此也也被称为足球烯。
从那以后，不同分子质量和尺寸的富勒烯纷纷被制备出来。
G。
的发现和研究开启了对碳元素和碳纳米材料广泛、深入研究的新时代，对纳米材料科学和技术的发展起到了极大的推动作用。
由于其独特的结构，富勒烯同时具有芳香化合物和缺电子烯烃的性质，表现出很多优良的物理和化学性质(表1-1 )表60的一些基本物理和化学性质碳纳米管（carbon nano tubes ）是由碳原子形成的管状结构分子，包括单壁碳纳米管（single-walled carbon nanotubes,SWNTs）和多壁碳纳米管（multi-walled carbon nano tubes ，MWNTs其直径从几百皮米到几十纳米，而长径比可以上万。
碳纳米管是前最重要的一维纳米材料之一。
虽然对碳纳米管发现的确切时间存在争议，但公认碳纳米管从1991年才引起了科学界的广泛兴趣。
1991年日本的Iijima 在研究富勒烯的制备过程中由于电弧产物中发现了多壁碳纳米管，并利用透射电镜证实了它的存在。
随后在1993 年，他又发现了单壁碳纳米管，与此同时，Bethune等也独立观察到了单壁碳纳米管。
单壁碳纳米管可看成是由一层石墨烯沿一定角度卷曲而成的管状结构（图1-1 ）。
根据卷曲角度的不同，可以形成具有不同手性和直径的碳纳米管，因此常用两个整数（n,m）表征单壁碳纳米管的结构。
当m=0时，该类单壁碳纳米管被称为锯齿形（zigzag ）单壁碳纳米管；当n=m时，该类单壁碳纳米管被称为扶手椅形（armchair ）单壁碳纳米管；其他的均被称为手性（chiral ）碳纳米管。
单壁碳纳米管的直径可以通过两个指数算出来。
图1-1单壁碳纳米管结构示意图由于其特殊的结构，碳纳米管具有许多优良的性质。
从电学性质来看，碳纳米管可分为金属型（metallic，带隙为零）和半导体型（semiconducting，带隙可达2eV）。
单壁碳纳米管的一些重要性质如表1-2。
表1-2单壁碳纳米管的一些重要性质石墨烯石墨烯是碳的二维同素异形体，虽然它在理论上很早就被关注，也很早被制备出来，但真正的广泛研究却始于2004年。
曼彻斯特大学的Geim和Novoselov 首次利用简单的胶带粘揭的方法(Scotch tapi ng )获得了近乎完美和自由状态的石墨烯，并观察到了其前所未有的电学性质。
两人因此荣获2010年的诺贝尔物理学奖。
石墨烯是构成碳元素其他几种重要同素异形体的基本组件。
如图1-2所示，多层石墨烯的堆叠可构成三维的石墨，石墨烯卷曲成环可构成一维的碳纳米管，具有一定形状的石墨烯缠绕闭合可构成零维富勒烯。
因此，石墨烯这种最新发现的碳的同素异形体一直是众多早期理论研究的对象，而早期相关的实验工作大部分局限于石墨插层化合物和石墨氧化物。
从化学结构来看，碳的这几种同素异形体，富勒烯、碳纳米管和石墨烯，均由sp2杂化碳原子组成，是具有很大n电子共轭体系的芳香化合物。
然而在此之前，尚没有任何一种材料能够像石墨烯一样，同时具有惊人的迁移率、显著的室温霍尔效应、稳定的狄拉克电子结构、媲美IT0的透光性、超高的机械强度和热导率等众多诱人的性质。
图1-2石墨烯是构成碳元素其他几种重要同素异形体的基本组件第二章石墨烯的发现、基本结构和性质石墨烯的发现和历史石墨烯是由一层碳原子构成的二维碳纳米材料。
根据严格意义上的二维原子晶体理论，热力学上严格和独立的二维原子晶体是不稳定的，但是准二维 (quaitwo dimension )原子晶体材料，即具有褶皱的或附着在其他基底上的二维材料是可以存在的。
2004年Geim等获得的石墨烯就属于上述准二维原子晶体材料。
石墨烯(graphene)这个术语早在2004年之前就已被使用。
1986年，Boehm 等首先给出了“ graphene ”的定义：“The term graphene layer should be used for such a sin gle carb on layer ”。
1997年，IUPAC明确定义“ graphene”：“The term graphene should be used only whe n the react ions ，structural relati ons or other properties ofin dividual layers are discussed ”。
目前，中文相应的定义还有待明确和标准化。
20世纪60—70年代，有关石墨烯的研究主要分3个方面：①理论研究；② 关于石墨插层(graphite intercalation compound ) 和石墨氧化物(graphiteoxide)在化学和材料方面的研究；③利用显微镜电镜等对碳薄膜材料的研究。
80—90年代由于富勒烯和碳纳米管的发现，人们开始对各种潜在的碳同素异形体进行大规模的探索。
这期间，人们获得了数纳米厚的(几十层)的石墨片(nanoflake )。
严格意义上的石墨烯，即单原子厚度的石墨烯的发现应归功于Geim团队在2004年利用极其简单的taping方法获得的成果。
他们不仅获得了近乎完美的石墨烯，更重要的是他们观察到了石墨烯这一系列前所未有的电学性质。
石墨烯优良性质的发现掀起了科学家继富勒烯和碳纳米管之后对碳同素异形体材料探索研究的第三次浪潮。
石墨烯的基本结构和性质石墨烯的原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子sp2杂化轨道按蜂巢晶格排列构成的单层二维晶体。
石墨烯可想象为由碳原子和其共价键所形成的原子尺寸网。
石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨)+ene (烃类词尾)，因此，石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
石墨烯是由sp2碳原子以蜂巢晶格构成的二维单原子层结构。
每个碳原子周围有3个碳原子成键，C—C键长1.42?,键角120°；每个碳原子以3个sp2杂化轨道和邻近的3个碳原子形成3个c键，剩下的1个p轨道和邻近的其他碳原子一起形成共轭体系，每个碳原子贡献1个P电子。
因此，石墨烯的C- C骨架由c键参与构成，在这个骨架的上下分布有成对的电子云，这种成键形式和苯环的成键模式完全一样，因此石墨烯也可看成是一个巨大的稠环芳烃，这一认识对理解石墨烯的特殊性质和材料性能十分重要。
值得注意的是，虽然石墨烯是其他碳的同素异形体的基本构成单元，但和富勒烯及碳纳米管的成键方式仍有重要不同。
在石墨烯以及石墨中，每个C-C键角都小于120°, C-C键存在一定的张力，因此富勒烯和碳纳米管中碳原子的化学活性要大于石墨烯中的碳原子。
石墨烯的特殊结构决定了其独特的性质。
从分子层面上考虑，石墨烯中碳原子的许多性质和苯环上的碳原子有类似之处，然而由于石墨烯由无数个六元环构成，并且其边缘氢原子对分子贡献远小于苯环，因此其许多性质又有所不同；从宏观层面看，石墨烯就是单层石墨，它的边缘性质和石墨有一定程度上的类似。
因此，石墨烯同时具有部分稠环芳烃和石墨的化学性质。
石墨烯碳骨架周围丰富的电子云导致其很容易进行n- n堆积，形成多层的石墨结构，石墨烯众多优良的物理性质是从这一特殊结构获得的。
表2-1总结了石墨烯的本征性质，下面将逐个简单介绍。
表2-1石墨烯物理性质总结石墨烯的电子性质和能带结构石墨烯最令人惊奇的是其非常特殊的电子(电学)性质。
和其他绝大多数二维材料不同，它是一个零带隙半导体，该性质取决于其特殊的能带结构。
理想石墨烯的能带结构是完全对称的锥形价带(vale nee band)和导带(con duction band)对称的的分布在费米能级(Fermi level )上下，导带和价带的交叉点即为狄拉克点(Dirac point )(图2-1)。
和普通金属或半导体不同，石墨烯中电子不遵循薛定谔方程，而是遵循狄拉克方程。
这是因为：①每一个C- C键都有一个成键轨道和反键轨道，且以C- C键为平面完全对称；②整个石墨烯分子结构中的每个n键相互共轭形成了巨大的共轭大n键，电子或空穴在如此巨大的共轭体系中可以以很高的电子费米速率(V F~ 106m・s-1)移动，表现出零质量行为，从根本上说，石墨烯中许多电子行为类似于二维电子气，质量只有自由电子的1/10。
图2-1单层石墨烯的能带示意图电荷传输性质由于上述特性，石墨烯中的载流子（也称为狄拉克费米子）具有非同一般的传输性能。
载流子可以以近乎光速的速度移动，因此石墨烯具有很高的电荷迁移率。
实验表明，石墨烯室温下具有大于15 000 cm2• V-1• s-1的载离子迁移率，该迁移率基本不受温度影响，且高达200 000cm2• V— s-1，其相对应的电阻率为10-6Q・cm，使石墨烯成为目前已知物质中室温电阻率最低的材料。
除了超低的电阻率外，石墨烯还具有突出的电子性质，包括室温霍尔效应和自旋传输性质。
量子霍尔效应使石墨烯在量子储存和计算、标准电阻及其他基本物理常数的准确测量等方面具有重要的意义。
而得益于石墨烯中碳原子的自旋和轨道动量之间很小的相互作用，石墨烯上的自旋特性可传递超过微米。
因此，目前石墨烯被视为一种理想的自旋材料，自旋电子器件有可能成为下一代基础电子兀器件，因而近年来备受关注。
石墨烯的光学性质根据理论推算，石墨烯具有令人惊奇的光学性质，即单层石墨烯对可见光约有3.2%的吸收，该性质来源于石墨烯的电子能带结构。
实验证实的石墨烯不透明度为2.3%，在层数不多的情况下，寡层石墨烯的透光性可简单地用（1-0.023n ）X 100%表示（n 为层数）。
石墨烯还表现出很好的非线性光学吸收特性，即当强烈的光照射石墨烯时, 石墨烯对可见和红外等波段的光具有良好的吸收，加之其零带隙的特征，使石墨烯很容易变得对光饱和。