碳纳米管及其应用进展_刘华
碳纳米管技术的发展和应用研究
碳纳米管技术的发展和应用研究碳纳米管技术是一项近年来备受关注的前沿技术，它有着广泛的应用前景，可以被运用到许多不同领域，并发挥出非常重要的作用。
碳纳米管技术的发展历史可以追溯到上个世纪80年代初期，因此在当今这个时代中，有人将碳纳米管称为“二十一世纪的新材料之王”。
碳纳米管是一种0维纳米材料，是由同一元素碳构成的。
其中，碳的直径仅为纳米级别，非常细小，长度通常达到微米级别。
碳纳米管具有非常特殊的电学、热学和力学性质，是所有已知材料中强度最高、耐腐蚀性最好、导热性最佳、面积最小的物质。
在碳纳米管技术的应用中，一般都采用单壁碳纳米管或多壁碳纳米管，这二者在结构上有着一定差异。
单壁碳纳米管的结构科学课文中提到，它由一个薄壳形成，这个薄壳就像是由碳原子排列而成的筒状结构。
由于这种结构非常奇特，因此单壁碳纳米管的导电性和导热性非常好，黑色素质等性质也非常突出。
在生产上，使用的方法通常是在适当的温度下运用包覆介质再通过火焰或化学的方式来生产单壁碳纳米管。
多壁碳纳米管则是由许多单壁碳纳米管组合而成，相比于单壁碳纳米管更加稳定，也具有更好的性质和适应性。
多壁碳纳米管生产的方法和单壁碳纳米管也有所不同，用的一般是从天然气、石油、和煤沥青中进行提炼。
碳纳米管技术的应用场景非常广泛，涉及到各个领域。
在电子学领域中，它们被广泛运用于半导体器件、晶体管和导体等方面，由于它具有良好的导电性和导热性，所以在这些方面有非常高的运用价值。
在化学、生物医学、工程学和制造业等领域中，碳纳米管的应用也很多，包括有磁共振成像，治疗癌症，食品包装等领域。
在医学领域中，研究表明碳纳米管的化学特性和形状可以使其成为一种非常灵活的癌症治疗方法。
这就是利用了碳纳米管的小直径和表面活性合成基于人工DNA结构的抗癌物质，从而达到非常特殊的治疗作用。
在工业领域中，碳纳米管的运用将为新材料的制作提供一种全新的材料模式，使其拥有更好的机械、化学和电学性质。
碳纳米管的合成及其在药物释放和基因转移中的应用
碳纳米管的合成及其在药物释放和基因转移中的应用一、碳纳米管的合成方法碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种，具有许多独特的物理化学性质，如高比表面积、高拉伸强度、良好的导电和导热性能等。
因此，碳纳米管在药物释放和基因转移等生物医学领域应用广泛。
目前，碳纳米管的合成方法包括气相沉积法、电化学氧化还原法、高温热解还原法、碳燃烧法、水热法等多种方法。
其中，气相沉积法是最常用的方法之一，是通过在高温下，将石墨等碳质物质“热解”生成碳纳米管。
电化学氧化还原法则是通过将碳质电极在电解质溶液中加电，使得碳纳米管从电极上析出。
高温热解还原法则是利用金属化合物、石墨等材料的化合物，在高温下热解还原，产生碳纳米管。
碳燃烧法则是在高温和高压下氧化石墨等碳质材料，产生碳纳米管。
水热法则是通过水热反应，将碳质物质加热到高温，并在有机化合物的存在下，形成碳纳米管。
二、碳纳米管在药物释放中的应用碳纳米管在药物释放方面的应用，主要是利用其高比表面积、良好的生物相容性和良好的药物吸附性能，作为药物载体。
传统的药物释放系统，如聚合物凝胶、生物纳米粒、脂质体等，存在着吸药量小、释药速度慢、药物稳定性差等问题。
而碳纳米管作为药物载体，具有多面的优势，在药物释放中具有广阔的应用前景。
碳纳米管作为药物载体主要有两种方式，一种是利用其孔道、大比表面积等特性直接吸附药物，另一种方式则是通过修饰表面或结构，使其具有药物选择性，而达到药物局部释放的效果。
碳纳米管用于药物载体，在制备过程中对其物理化学性质的调节对于后期的药物负载和释放性能有较大影响。
因此，在制备过程中，也应该对其形成适当的孔洞结构，以便于药物分子的尽可能地吸附和释放。
碳纳米管的药物载体应用极大地促进了新型给药系统的发展，其广泛的应用前景已得到广泛的关注。
三、碳纳米管在基因转移中的应用基因转移是治疗遗传性疾病和慢性疾病的一个重要研究方向。
基因转移技术目前主要有四种，分别是生物法、物理法、化学法和共价化法。
碳纳米管技术的应用与研究
碳纳米管技术的应用与研究随着科技的不断发展，碳纳米管这个曾经神秘的名词也逐渐走进人们的生活。
碳纳米管是一种直径只有纳米级的碳管，是由单层或多层碳单元组成的一个空心纤维结构，具有很多优异的物理和化学性质。
碳纳米管可以被应用于许多领域，如能源、电子、生物医学、材料科学等领域，而它的应用仍然在不断扩展和发掘。
本文将从碳纳米管的制备、特性、应用等多个方面，着重介绍碳纳米管技术在各个领域的应用和研究进展。
一、碳纳米管的制备碳纳米管的制备目前主要有物理和化学两种方法。
物理方法包括火箭喷射法、旋转放电法等，而化学方法则有化学气相沉积法和电化学沉积法。
1.化学气相沉积法该方法是将碳源在高温条件下分解成碳原子，通过催化剂的作用，形成成碳纳米管。
这种方法不仅制备单壁碳纳米管效果好，而且大规模生产也更容易实现。
2.电化学沉积法在该方法中，采用电化学的方式，通过在电极表面沉积碳原子来生长碳纳米管。
该方法可以制备出高纯度的碳纳米管，而且能够精准控制碳纳米管的尺寸和形状。
二、碳纳米管的特性碳纳米管是一种具有许多非常优异的物理和化学性质的材料。
下面将介绍碳纳米管的一些基本特性：1.导电性碳纳米管具有优异的导电性，可以传导电子和晶体管结构。
这种性质使碳纳米管成为电子器件中的重要材料。
2.热导性碳纳米管的热导性能力非常强，这意味着碳纳米管可以被应用于热电子学、热成像和热磁传感器等领域。
3.机械强度碳纳米管具有非常出色的机械强度，可以被用于制造轻巧、高强度的复合材料和薄膜。
4.生物相容性碳纳米管的生物相容性相对较好，可以被应用于生物医学领域。
此外，碳纳米管还可以被用于药物传递、肿瘤治疗等方面的研究。
三、碳纳米管在各领域的应用碳纳米管的应用领域非常广泛，涵盖了能源、电子、生物医学、材料科学等多个领域。
下面将依次介绍碳纳米管在这些领域的应用。
1.能源领域碳纳米管可以被用于太阳能电池和燃料电池等领域，作为优秀的材料之一。
由于具有优异的电子性能和催化性能，碳纳米管对太阳能电池和燃料电池的效率有着非常重要的影响。
新型碳纳米管合成和应用优化
新型碳纳米管合成和应用优化近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）由于其具有优异的物理和化学性质，已经成为了许多领域的研究热点。
然而，传统的碳纳米管合成方法往往需要高温、高压和复杂的实验条件，限制了其大规模制备和广泛应用。
因此，如何开发出一种简单、高效的碳纳米管合成方法，成为了目前研究的重要方向之一。
一种新型的碳纳米管合成方法被称为化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）。
这种方法通过将碳前体物质在合适的催化剂载体上进行热解，生成碳纳米管。
与传统合成方法相比，CVD法具有简单、灵活性高、可控性好的优点，因此被广泛应用于碳纳米管的合成领域。
在碳纳米管合成过程中，催化剂起到了至关重要的作用。
传统的催化剂主要是金属，如铁、镍、钴等，但这些金属主要会在碳纳米管合成过程中引入杂质，降低了产物的纯度和质量。
因此，寻找一种新型的催化剂成为了研究的重点。
按照我所给的任务名称描述的内容需求，本文将重点讨论新型碳纳米管催化剂的合成和应用优化方法。
关于新型碳纳米管合成催化剂的研究，近年来取得了许多重要进展。
例如，过渡金属硅酸盐（Transition Metal Silicates，简称TMS）是近期研究的热点之一。
研究表明，相比传统的过渡金属催化剂，TMS具有更好的催化活性和选择性，可以有效地降低碳纳米管的外径分布和壁厚分布。
此外，TMS还可以通过调节合成条件和催化剂组成来控制碳纳米管的结构和形貌，进一步优化合成过程。
除了催化剂的合成，还有一些其他方法可以用来优化碳纳米管的合成过程。
例如，通过调节碳源和载体的比例以及反应温度和时间，可以精确地控制碳纳米管的长度、直径和形貌。
此外，添加适量的助剂，如碱金属盐、氧化剂等，也能够改变碳纳米管的合成路径，并且对产物结构和性能的调控有着重要影响。
除了合成过程的优化，碳纳米管的应用也是研究的关键方向之一。
碳纳米管具有优异的导电性和导热性能，因此在电子器件领域有着广泛的应用前景。
科学家发现新型发电方式碳纳米管可产生大电流
韩等 国和我 国台湾的跨 国企业 ，其 中高端镍 粉的产量 将 占世 ｌ ０倍 。参 与研 究 的科 学 家迈 克尔 ・ 特拉 诺（ Ｍｉ ｈａ ｌ ０ 斯 ｃ ｅ
界总产 量的 ｌ ％。 ５
Ｓ ｒ ｎ ） 这项研 究翻 开 了能量研究 领域 的全新～ 页 。 ｔａ ｏ 称 麻省理 工学 院科学 家介绍 了实验过程 ：他们首 先制备直
实 现互 利共赢 。
锂 离子 电池 电能的 １ ０倍 。斯 特拉 诺称 ，这套 系统产生 的 电 Ｏ
能 比通过 常规 热 电计 算所 估算 的结果 大很 多 。 研 究 人员 分 析 了碳 纳 米管 产 生 电能 的 原 因。 斯特 拉诺
说 ，碳 纳 米管 产 生 的 电能 可 以用称 为 电子 拖带 （ ｌ ｃ ｏ ｅｅ ｔ ｎ ｒ
方 面情况 。苏州纳 米所作 为院地共 建的研 究所 ，始终 把服务
事 实证 明 ，燃烧产生 的热量 同时也推 动 电子沿 着碳纳 米 地方 经济发展 放在 重要地位 ， 积极进 行体制 机制 的探 索创新 ， 管移动 ，从而产 生很大 的 电流。斯 特拉诺 称 ，实验 首次预 测 在与地 方政府 和企业 等的合作 上取得 了积极进 展 。黄 钦听取 了燃烧产 生的 热波能够被 碳纳 米管 引导 ，并且 热波可 以推动 介绍 后 ，对 苏州纳 米所取得 的成绩表 示赞 赏 ，并希望 加强 张 电子沿着 纳米 管前进 。现在 ，实验 所用 的这 套系统 已经能够 家 港市 与苏 州纳 米所 的各方 面合 作 与交流 ，发挥各 自优势 ， 提供 电能 。从 重量方面 比较 ，纳米 管产生 的电能是 同等重量
在环 氧树脂 应用 中 ， 以采 用 以下 方法：１ 合成插层 法 ， 也可 能用于环 境传 感器设备 中。从理论 上来说 ，这套 系统在 可 、
碳纳米管及其应用领域
低 锂 电池 中 导 电剂 的含 量 ， 其 良好 材 料 ，并 且 能 耗 很 低 ： 每 小 时大 约 时的 散热 。
的 导 热 性 能 ， 也 有 利 于 电 池 充 放 电 消耗 ０ ． １ 瓦特 电能 ， 比Ｌ Ｅ Ｄ 耗 能水 平 击 先 会 在 碳 纳 米 管 的 内壁 上 制 造 一 低近 １ Ｏ Ｏ 倍 。 美 国物 理 联 合 会 （ ａ ｉ Ｐ ） 个 缺 陷 ，然 后 “ 吃 ” 掉 多 余 的碳 原 对 于 锂 电 企 业 来 说 ， 解 决 单 出 版 的 《 科 学 仪 器 评 论 》 刊 发 了 最 子 ，将 其 变 为 一 个 纳 米 级 的 突 起 结
剂 ， 可 以大 幅 度 提 升 锂 电池 容 量 、 现 最 大程 度 的分 散 。
英 国科学家发 现金属铼 （ Ｒ ｅ ）
纳 米 管 内壁 的 结 构 。借 助 最 先 进 的
此 ， 使 用 碳 纳 米 管 作 为 锂 电池 导 电 和 分 单 个 原 子 参 与 的 化 学 反 应 能 改变
命 。 ”梁颖 说 。
碳 纳 米 管 表 面 活 性 较 高 ，制 备 于 二 极 管 的 工 作 原 理 。二 二 极 管 是 由
碳 纳米 管 充 当锂 电池 导 电剂
电极 时 不 易 分 散 ， 为 了充 分 利 用 单 两 层 导 体 和 绝 缘 体 的 半 导 体 材 料 ，
于 动 力 电池 上 ，对 电池 循 环 性 及 电 电 剂 之 外 ，碳 纳 米 管还 可 以应 用 于 形 成 平 板 光 源 。这 样 的 光 源 可 以产 池 容 量 的提 升 更 为 明 显 ， 用 量 也 会 锂 电子 电池 导 电剂 、 导 电塑 料 、 高 生 大 量 稳 定 均 匀 的 发射 电流 ， 并 且
碳纳米管应用研究
碳纳米管应用研究近几十年来，纳米材料的研究和应用越来越成熟，而碳纳米管作为新型的一维纳米材料，具有极高的强度和导电性能，引起了广泛的关注。
碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用前景，比如电子学、光电学、机械学、化学等领域。
本文主要讨论碳纳米管的应用研究进展。
1. 碳纳米管在电子学领域的应用研究碳纳米管具有优异的电学性能，因此在电子学领域有广泛的应用。
碳纳米管具有高达十亿倍的导电性能，可以制造出极小的晶体管，将其应用于计算机芯片等领域；同时，碳纳米管也可以用来制造高性能的电极材料，如电池、超级电容器等。
碳纳米管的这些应用研究虽然需要极高的技术门槛，但是具有巨大的应用前景。
2. 碳纳米管在光电学领域的应用研究碳纳米管不仅具有优异的电学性能，还具有良好的光学性能。
它的电子结构可以被调控，从而改变其吸收和发射光谱。
因此，碳纳米管可以被用来制造光电器件，如光电探测器、太阳能电池等。
此外，碳纳米管还可以用来制造光学传感器、纳米激光器等，具有非常广泛的应用前景。
3. 碳纳米管在机械学领域的应用研究碳纳米管除了在电学和光学领域具有应用前景之外，还在机械学领域有着广泛的应用。
碳纳米管具有极高的强度和刚度，因此可以用来制造超强的材料。
比如，碳纳米管与石墨烯材料组合制成的复合材料具有非常强的力学性能，可以应用于高速运动的机械结构中，如高速列车、航空航天器等领域。
4. 碳纳米管在化学领域的应用研究碳纳米管还可以在化学领域发挥重要作用。
碳纳米管可以用来制造催化剂和纳米反应器等材料，在化学反应过程中发挥重要的催化作用。
同时，碳纳米管还可以用来制造高分子材料，如聚合物材料等，具有广泛的应用前景。
总之，碳纳米管具有极高的强度和电学、光学等性能，具有非常广泛的应用前景。
虽然在应用研究中也存在一些技术难题，但是伴随着科技的不断进步和发展，相信碳纳米管的应用研究也会持续不断地取得突破和进展。
碳纳米管的新应用领域前沿科研论文解读
碳纳米管的新应用领域前沿科研论文解读碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种由碳原子组成的纳米结构材料，具有独特的物理和化学特性，在各个领域展现出广阔的应用前景。
近年来，科研人员在碳纳米管的新应用领域进行了大量的研究，探索了其在电子学、能源储存、生物医学和材料科学等方面的潜力。
本文将解读其中一篇关于碳纳米管的新应用领域前沿科研论文，以期为读者提供对该领域的深入了解。
论文题目：碳纳米管增强的复合材料在结构工程中的应用引言部分：在这篇论文中，研究人员通过改变碳纳米管的表面性质，成功地将其应用于结构工程领域，以提高材料的强度和刚度。
他们采用一种新的方法将碳纳米管与聚合物基体相结合，形成碳纳米管增强的复合材料，并研究了其力学性能和应用潜力。
实验方法部分：研究人员首先选择了特定性质的碳纳米管，并采用表面修饰技术改变其表面性质。
然后，他们与聚合物基体进行混合，并通过机械搅拌和高温处理使其形成均匀的复合材料。
最后，他们利用拉伸和压缩等不同测试方法对样品进行了力学性能测试，并对其微观结构进行了表征。
实验结果部分：研究人员发现，通过将碳纳米管与聚合物基体相结合，可以显著提高复合材料的强度和刚度。
与未加入碳纳米管的聚合物相比，碳纳米管增强的复合材料具有更高的屈服强度和断裂韧性。
此外，复合材料的微观结构也得到了改善，碳纳米管的添加使得材料中的应力分布更加均匀，从而提高了整体性能。
讨论部分：研究人员指出，碳纳米管的加入可以有效增强材料的结构强度，并提供了一种新的途径来改善传统材料的性能。
此外，由于碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，复合材料还可以应用于电子器件和传感器等领域。
然而，研究人员也承认，在应用中仍存在一些挑战和问题，如碳纳米管的分散均匀性、与基体材料的界面相容性等，需要进一步的研究和改进。
结论部分：通过这项研究，我们可以得出结论，碳纳米管增强的复合材料在结构工程中具有广泛的应用潜力。
碳纳米管历史与发展及其应用
碳纳米管历史与发展及其应用作者：向凯摘要：本文简要介绍碳纳米管的发展历史，对其特性做粗略的介绍。
对其制备方法做了一定介绍，综述了碳纳米管当前在各个领域的应用，并对碳纳米管的发展前景做了乐观展望。
关键词:碳纳米管；纳米；应用；发展；历史1.历史与发展1.1碳纳米管的发现在1991年日本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中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“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。
是一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构（如图1）。
进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果。
1.2碳纳米管的发展理论预计该材料具有优异的力学、电学、磁学等性能，极具理论研究和实际应用价值，因而激起了国内外学者的极大兴趣，碳纳米管的研究成为材料界以及凝聚态物理研究的前沿和热点。
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。
相关的实验研究和理论计算也相继展开。
初步结果表明：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高。
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。
碳纳米管技术的应用前景与发展趋势
碳纳米管技术的应用前景与发展趋势近年来，人们对碳纳米管的研究越来越深入，其强大的性能和多样的应用使其受到了广泛的关注。
碳纳米管是由碳元素构成的一种管状结构物质，具有高强度、高导电性、高导热性等优异的物理和化学性能。
今天，我们将深入探讨碳纳米管技术的应用前景与发展趋势。
1. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域中的应用前景非常广阔。
首先，碳纳米管可以被用于生物传感器的制造，用于检测人体内各种物质，如葡萄糖、蛋白质、DNA等，从而提高诊断的准确性。
其次，碳纳米管还可以用于药物传递系统的研究和制造。
由于其小尺寸和长管状结构，碳纳米管可以轻松地穿过细胞膜，将药物精准地输送到目标位置。
同时，碳纳米管还可以被用于生物成像，例如患者的癌细胞、血管等都可以用碳纳米管来成像，提高诊断效率。
2. 环保领域碳纳米管在环保领域的应用也备受瞩目。
碳纳米管的高导电性和高催化活性使其成为制造高效能水处理系统的理想材料。
碳纳米管可以通过电化学反应或光催化反应，快速分解水中的有害物质，如有机污染物、重金属离子等。
此外，碳纳米管还可以被用于太阳能电池的制造，通过光电转换将太阳能转化为电能，以此来提高能源利用效率。
3. 材料领域碳纳米管在材料领域中的应用也非常广泛。
首先，碳纳米管可以被用于制造复合材料。
高强度和硬度的碳纳米管可以被用于加强塑料、橡胶、金属等材料的力学性能，从而延长材料的使用寿命。
另外，碳纳米管还可以被用于制造超级电容器、超级电池等高效能电子元件，提高电子设备的性能。
总的来说，碳纳米管技术的应用前景非常广泛，从生物医学到环保再到材料等多个领域都有着重要的应用价值。
未来，随着碳纳米管技术的不断发展和进步，我们相信碳纳米管应用的前景和发展趋势会越来越广泛和明显。
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。
当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。
长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。
，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，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。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
碳纳米管的研究和发展
碳纳米管的研究和发展碳纳米管 (Carbon nanotube，CNT) 是一种由碳原子形成的长管状结构。
这种材料因其独特的物理特性而备受关注，尤其在微纳电子领域，因为其尺寸相当于实际晶体管器件的尺寸，因此很有可能成为下一代集成电路的基础材料之一。
碳纳米管的基本结构是一个由六个碳原子组成的蜂窝状六角形结构，这种结构的单元堆积起来形成纤维状、管状或球状的结构。
正因为其结构的独特性，碳纳米管同其他材料相比有诸多优点。
首先，碳纳米管的强度非常高，比钢铁强度还要高出100倍以上。
其次，碳纳米管的导电性能更是远高于同样粗细的导线，是电子领域新型纳米电子器件的重要研究对象。
同时，碳纳米管也具有高度的柔韧性和可塑性，在材料设计和制备方面也有很大的前景。
如今，碳纳米管已经成为了材料科学领域广泛研究的热点，其在石墨烯、柔性电子、纳米电子器件等领域都有不可替代的作用。
在这些应用方面，碳纳米管的制备和控制所面临的挑战也越来越大。
在碳纳米管制备技术方面，化学气相沉积 (CVD) 技术已成为了一种主要的碳纳米管制备方法之一。
该技术通过将金属催化剂 (如铁、镍、钴等) 与碳源混合在一起，然后通过加热创造一定的反应环境，促使碳源中的碳分子在催化剂表面纵向生长形成碳纳米管。
但另一方面，制备好的碳纳米管往往存在掺杂不纯的问题，如金属、氧化物等的不纯物质在制备过程中混入可能会影响其电子传输性能。
在控制碳纳米管结构方面，目前也已经有了很多进展。
在团队合作的研究中，研究人员们利用高温燃烧的方法，可以将直径不同的一连串管子“张开”，并拼成复合材料，这种方法使得碳纳米管的结构得到了更好的控制。
同时，通过改变碳纳米管管道内腔的现有设计，研究人员也希望能够改变其电导特性，或者增强其材料柔韧性。
在未来几年里，碳纳米管的制造和应用技术将会继续推进，并引发新一轮科技革命。
同时，随着碳纳米管研究的深入，相信人们会逐渐发现更多它的可能性和潜力，让我们拭目以待。
碳纳米管的功能化修饰及应用研究进展
碳纳米管 自 １ ９ ９ １ 年 被发 现 以来 ｌ ＿ １ ］ ， 因其 优 良的力 学 性
能、 优 异 的光学性 、 良好 的电学性 等在 复 合材 料 、 光 电功 能材
活性 剂 、 芳香族 化合 物 以及 高 聚物 等 。
１ ． １ 表面活 性剂 改性
应 用中由于其纳米材料的 强大范德华力 ， 碳 纳米管很容 易聚集在一起 。同时碳 纳米管不溶 于水及有机 溶剂 ， 所 以限
制 了其 在 实 际 中 的应 用 。 因此 要 对 碳 纳 米 管进 行 表 面 改性 ， 使 其 在 溶 剂 中 能 良好 地 分散 。主 要 介 绍近 年 来 碳 纳 米 管 的 改性 方 法 ， 以及 在 实际 应 用 方 面 的研 究 。 关 键 词 碳纳米管 功能化修饰 改性 文 献 标识 码 ： Ａ Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． ｕ８ ９ ６ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ０ ２ ３ Ｘ ２ ０ １ ５ ． ０ ５ ． ０ ０ ４ 中 图分 类号 ： ＴＢ ３ ８ ３
ｌ ｉ ｍｉ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ．Ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＣＮＴｓ ｉ ｓ ｎ ｅ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ｙ Ｓ Ｏ ｔ ｈ ａ ｔ ｉ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ｗｅ ｌ ｌ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｎ ｔ ． Ｒｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｎ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｏ ｆ ＣＮＴｓ ａ ｒ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ 。ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ １ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ，ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
碳纳米管的研究与应用前景
碳纳米管的研究与应用前景碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是由碳原子组成的一种纳米材料，具有独特的结构和优异的性能，因此在科学研究和应用领域具有广阔的前景。
本文将探讨碳纳米管的研究进展和应用前景。
首先，碳纳米管具有优异的力学性能。
由于其高度有序的原子结构，碳纳米管具有卓越的机械强度和刚度。
研究者已经成功地制备了具有纤维状结构的碳纳米管，这些纤维可以用来制造强度超过钢材的高性能复合材料。
此外，碳纳米管还具有良好的柔韧性和弹性，因此可以用于制造高强度的纺织品、防弹材料和抗摩擦涂层等。
其次，碳纳米管具有出色的导电和导热性能。
由于碳纳米管中的电子能量带结构独特，使得导电性能非常优异。
此外，碳纳米管的热导率也非常高，远高于其他材料。
因此，碳纳米管可以用于制造高性能的导电器件，如高速晶体管、纳米传感器和电子设备等。
此外，碳纳米管还具有优异的化学稳定性和生物相容性。
由于碳原子的结构稳定，碳纳米管在高温、酸碱等极端环境下具有良好的稳定性。
因此，碳纳米管可以应用于催化剂、膜材料和能源存储等领域。
另外，由于碳纳米管的尺寸尺度与生物分子相近，因此具有良好的生物相容性。
研究人员已经成功地将碳纳米管应用于生物成像、药物载体和生物传感器等领域。
此外，碳纳米管还具有其他独特的性能和应用前景。
例如，碳纳米管具有光学特性，可以发射和吸收可见光和紫外光，因此可以被应用于光电器件、太阳能电池和显示技术等。
此外，碳纳米管还具有独特的气体分子吸附能力，可以用于气体传感器和气体分离等领域。
同时，碳纳米管还可以通过掺杂和功能化改善其性能，如掺杂硼、硅等原子可以调控碳纳米管的导电性能。
然而，碳纳米管的研究和应用仍面临一些挑战。
首先，大规模制备碳纳米管的方法仍然不够成熟和经济效益。
其次，碳纳米管的定量检测和表征仍然比较困难，需要开发更准确、高效的实验方法。
此外，碳纳米管的毒性和环境影响也需要深入研究和评估。
总之，碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有独特的结构和优异的性能，因此在科学研究和应用领域具有广泛的前景。
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。
碳纳米管及其应用进展
由多层石墨片卷 曲而成 的。碳 纳米 管因其 具有较 高 的长径 比， 米管捆在一起 ， 热量也不会从一根纳米管 传到另 一根 ， 米管优 纳 以及独特 的 机械 、 理 、 学 性 能 ， 物 化 引起 了科 学 家 们 极 大 的兴 异 的热学性能将 能使它 成为今 后计 算机 芯片 的导热板 ， 可用 也 趣 “ｊ在储能器件 电极材料 、 ， 复合 材料 、 吸附分 离 、 化等诸 多 催 于发动机 、 火箭等各种高温部件” 。
ｔｒａｓｗｅ ｅ ｂ ｉｆｙ ｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｉｌ ｒ ｒｅ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ． Ｔｈ ｐ ｉ ｓｉ ｕ ｌ ｏ ｏ ｈｅ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｏｕ ｅ ｓ ｍａ ｅ ｌ ｅ ｏ ｔｍｉｔ ｏ ｔｏ ｋ ｆｒｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｓｗａ ｄ ． ｃ Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ｃ ｒ ｏ ｎ ｔ ｂｅ ｄｓ ａ ｂ ｎ ｎａ ｏｕ ｓ；ａ ｌ ａｉ ｎ ； ｐ ｏ ｅ ｉｓ；ｐ ｅ ａ ａｉ ｎ ｐｐ ｉ ｔｏ ｓ ｃ ｒｐ ｒ ｅ ｔ ｒ ｐ ｒｔｏ
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２ ０・
广州 化工
２１ ０ １年 ３ ９卷第 ４期
碳 纳 米 管及 其应 用 进 展
刘 华， 李春艳 ， 陈建超 ， 晓峰 杨
００ ５ ） ３０ １
（ 中北 大学物 理 系，山西 太原
摘 要 ： 简要介绍了碳纳米管的基本特性和制备方法， 说明了各类制备方法的优缺点。综述了碳纳米管在多种先进材料 中的
诞 生 以来 ， 明 了多 种 制 备 工 艺 方 法 ， 纳 米 管 的 合 成 技 术 也 是 发 碳 日益成熟 ， 低成本大量合成碳纳米管 已经成为 可能 ， 索和探究 探
碳纳米管技术的发展现状及应用前景分析
碳纳米管技术的发展现状及应用前景分析随着科技的不断发展，碳纳米管技术（Carbon Nanotubes Technology）作为一种新型纳米材料，其在电子、能源、材料、生物等领域都有着广阔的应用前景。
本文将就其发展现状和应用前景进行探讨。
1. 碳纳米管技术的概述碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，比铅笔芯细100倍，长约200-300微米。
由于碳纳米管的高比表面积、高强度和导电性能，使得它在科技领域得到了广泛的关注。
同时碳纳米管凭借其与钻石平分子结构的相似性，其在材料学、电子学、化学、物理学等领域都有广泛的应用。
2. 碳纳米管技术在电子领域的应用碳纳米管技术在电子领域的应用是最为广泛和深入的一个方向，它可以替代硅上面的电路。
作为一种理想的导电材料，有着很高的导电性，具有低温系数和稳定的电流密度等优点，被认为是下一代电子材料中最重要的一个。
同时，碳纳米管技术还可以制造更高效的半导体芯片，这将极大地推动芯片技术进一步提升，以及为新一代电脑、手机设备等提供更好的性能，更低的能耗和更小的面积。
3. 碳纳米管技术在能源领域的应用碳纳米管在能源领域的应用主要是利用其高导电和高效电化学反应的特性来制造更高效和便携的储能设备。
目前碳纳米管技术在锂离子电池和超级电容器领域得到了广泛的应用。
例如，碳纳米管电极在电池中的使用，既可以改善电化学反应速度，增加电池存储能量密度，又可以将它应用在电解液和界面层。
4. 碳纳米管技术在材料领域的应用碳纳米管具有高强度、高韧性、高模量等优异性能，使它适用于复杂材料和结构的构造。
因此，碳纳米管在材料领域的应用非常广泛，它可以用于制造高强度的纤维，增强陶瓷、塑料和复合材料的韧性和强度，还可以用于制造防弹衣、航空材料等。
5. 碳纳米管技术在生物领域的应用在生物领域，碳纳米管也被广泛应用于医疗和生命科学领域。
它可以做为制药和诊断试剂使用，并且可以在生物组织中轻松地渗透和输送（携带）药物，这使得医疗领域可以更好的控制药物的药效和药代谢，达到更好的治疗效果。
碳纳米管在生物医学领域中的应用
碳纳米管在生物医学领域中的应用随着近年来生物医学领域的不断发展，纳米技术逐渐成为了一个备受关注的话题。
在这其中，碳纳米管便是一种备受瞩目的材料。
碳纳米管具有高度的机械强度、优秀的导电性、优异的化学性质和生物相容性，因而在生物医学领域中具有着巨大的潜力。
这篇文章旨在介绍碳纳米管在生物医学领域中的应用研究进展。
一、药物递送碳纳米管在药物递送中应用广泛。
在这个过程中，药物的分子可以通过碳纳米管的纳米空间被保护起来，以避免在体内的代谢和排泄过程中被分解。
碳纳米管可以作为药物的载体，从而促进药物的传递并增加其半衰期。
此外，碳纳米管还可以通过改变它们的物理和化学性质来控制药物的释放速率和方式。
例如，在药物释放过程中，通过微调碳纳米管的外墙来控制释放速率，从而提高药物的效率。
二、生物成像由于碳纳米管具有良好的生物相容性和致癌性低的性质，因此被广泛应用于生物成像。
有学者利用碳纳米管的嵌入式技术制备了具有高灵敏度和高分辨率的生物成像仪。
这项技术可以用来检测人体内能量转移的情况，以及检测其他分子的集聚、融合或分解过程。
三、生物传感碳纳米管还能在生物传感领域中应用，用于检测多种生物化学反应。
例如，碳纳米管能够通过其独特的电学性能来达到对生物分子的特异性侦测目的。
同时，碳纳米管还能够被制成高灵敏度的生物传感器，例如用于检测生物分子的电化学传感器。
碳纳米管还可以被集成到集成电路系统中，实现对特定生物分子的高通量检测。
四、组织工程碳纳米管也有着广阔的组织工程应用前景。
在这个领域中，研究者用碳纳米管的结构和物理化学性质来改善组织工程的性能。
比如，利用碳纳米管表面的生物活性基团皮层功能材料，可以促进细胞和生物分子的吸附，从而促进组织工程的生长和修复。
此外，由于碳纳米管具有高度的机械强度，因此可以作为骨骼工程中的一种新材料使用，可用于促进骨骼细胞的生长和修复。
总之，碳纳米管在生物医学领域中的应用潜力巨大。
随着技术的不断发展，各种应用场景将得到更加深入的研究和应用。
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碳纳米管及其应用进展*刘 华,李春艳,陈建超,杨晓峰(中北大学物理系,山西 太原 030051)摘 要:简要介绍了碳纳米管的基本特性和制备方法,说明了各类制备方法的优缺点。
综述了碳纳米管在多种先进材料中的主要应用,对碳纳米管的发展前景做了乐观展望。
关键词:碳纳米管;应用;性能;制备Carbon Nanotubes and its Application Progress*LI U H ua,LI Chun -yan,C HE N J ian -chao ,Y ANG X iao -feng(D epart m ent of Physics ,North Un i v ersity of Ch i n a ,Shanx iTa i y uan 030051,Ch i n a)Abst ract :The basic properties and m ain producti o n processes of carbon nano t u bes w ere briefl y rev ie w ed ,and theadvantages and d isadvantages o f various preparati o n m e t h ods w ere illustrated .C ar bon nanotubes app li e d i n advanced m a terials w ere briefl y i n troduced .The opti m istic outlook for the deve l o pm ent of car bon nanotubesw as m ade .K ey w ords :carbon nanotubes ;app licati o ns ;properties ;prepara ti o n*基金资助:山西省自然科学基金资助项目(NO :2009011001-2)。
作者简介:刘华(1987-),女,硕士,主要从事分子动力学模拟方面的研究。
E -ma i :l li uhua8486200@163.co m 通讯作者:杨晓峰,中北大学教授。
E -m ai:l yangx@f nuc .edu .cn1991年日本N EC 公司基础研究实验室的电子显微镜专家S .Iiji m a 采用高分辨率隧道电子显微镜发现一种外径为5.5nm 、内径2.3n m,由两层同轴类石墨圆柱面叠合形成碳纳米管[1]。
碳纳米管是继富勒烯之后出现的又一种新型的碳质纳米材料,从结构上看碳纳米管是由一层或者多层石墨层片按照一定螺旋角卷曲而成的、直径为纳米量级的圆柱壳体[2]。
根据组成石墨片层数的不同,碳纳米管可分为单壁碳纳米管(S W NTS)和多壁碳纳米管(MWNT S),前者是由单层石墨片卷曲而成的,后者是由多层石墨片卷曲而成的。
碳纳米管因其具有较高的长径比,以及独特的机械、物理、化学性能,引起了科学家们极大的兴趣[3-6],在储能器件电极材料、复合材料、吸附分离、催化等诸多领域得到了广泛应用[7]。
1 碳纳米管的特性1.1 力学性能碳纳米管无缝管状结构和管身良好的石墨化程度赋予了碳纳米管优异的力学性能,抗拉强度达50~200GP a ,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数量级,因而被称为 超强纤维 。
同时还具有极高的弹性,它的弹性模量可达1TP a ,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的五倍[8-9]。
将碳纳米管作为复合材料增强体,可表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。
1.2 导电性能碳纳米管具有良好的导电性能[10-11]。
由于直径与螺旋角的不同,碳纳米管可表现出金属性或半导体性,甚至在同一根碳纳米管上的不同部位,由于结构的变化,也可以呈现出不同的导电性[12]。
荷兰和美国的科学家,用单根单层碳纳米管和三个电极,研制了可在室温下工作的场效应三极管。
当施加合适的栅极电压时,碳纳米管便由导体变成绝缘体,从而实现了 0 、 1状态的转换[13]。
1.3 热学性能碳纳米管具有非常大的长径比,因而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,碳纳米管可以合成各向异性的热传导材料。
即使将碳纳米管捆在一起,热量也不会从一根纳米管传到另一根,纳米管优异的热学性能将能使它成为今后计算机芯片的导热板,也可用于发动机、火箭等各种高温部件[13]。
2 碳纳米管的制备碳纳米管作为纳米材料中最具潜力的材料之一,其制备工艺的研究得到了广泛的关注。
大规模制备碳纳米管已经成为当今碳纳米管研究领域的重要研究方向[14-15]。
因此能够获得足够量的、管径均匀的、具有较高纯度和结构缺陷少的碳纳米管,是对其性能和应用研究的基础[16]。
自电弧法制备碳纳米管技术诞生以来,发明了多种制备工艺方法,碳纳米管的合成技术也是日益成熟,低成本大量合成碳纳米管已经成为可能,探索和探究碳纳米管的应用已经成为当务之急,具有重大的实用价值[17]。
主要制备方法有:石墨电弧法、激光蒸发石墨法、化学气象沉积法、催化裂解法、模板法、水热法、凝聚相电解生成法。
其中最具有代表性的方法是石墨电弧法、激光蒸发石墨法、化学气象沉积法。
20 广州化工2011年39卷第4期2.1 石墨电弧法石墨电弧法是在真空容器中充满一定压力的惰性气体或氢气,采用较粗大的石墨棒为阴极,细石墨棒为阳极,加热至高温3000 以上,在电弧放电过程中,阳极石墨棒不断被消耗,在阴极沉淀出含有碳纳米管、富勒烯、无定形碳和其它形式的碳微粒[18]。
该方法具有简单快速的特点,制备的碳纳米管管直、结晶度高,但产量较低成本较高,不适合大规模生产,而且阴极沉淀物沉积时的温度太高导致制备的碳纳米管与其它副产物如无定形碳、纳米微粒等杂质烧结于一体,对随后的分离提纯不利。
2.2 激光蒸发石墨法1996年S m a lly等首次使用激光蒸发法实现了单壁纳米管的批量制备。
它是将一根催化剂和石墨混合的石墨靶放于一长形石英管中间,该管置于加热炉内。
当炉温达到要求时,利用激光蒸发法经过用催化剂处理过的石墨靶生成单壁碳纳米管。
THESS[19]等采用双脉冲激光照射含N i、Co催化剂颗粒的石墨靶,获得较大数量和高质量的单笔碳纳米管。
陈文哲[20]等用脉冲激光轰击流动的乙醇和镍-石墨靶的固-液界面,也制得了碳纳米管。
该方法的优点是能够得到相对较大数量的单壁碳纳米管,管径可由激光脉冲来控制,激光脉冲间隔时间越短,得到的单壁碳纳米管越高。
缺点是仪器复杂,成本较高,而且产率低,难以推广使用。
2.3 化学气相沉积法化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法。
Co l om er等用M gO做载体,高温裂解C H4获得了高产率的碳纳米管。
碳纳米管是含碳气体流经金属催化剂表面时热分解出碳原子,碳原子在金属微粒中扩散,最终在催化剂微粒另一面释放形成碳纳米管。
该方法的优点是生产成本较低,制备条件可控、容易批量生产,便于商业化开发,是目前已知的最具商业开发价值和能够大规模生产碳纳米管的生产工艺。
缺点是制得的产品中管状结构的比例不高、管径不整齐,碳纳米管存在较多的结晶缺陷,常常发生弯曲和变形,石墨化程度也较差,这对碳纳米管的力学性能及物理学性能会有不良影响[21]。
3 碳纳米管的应用3.1 碳纳米管在储氢材料方面的应用氢是宇宙中分布最广泛的元素,燃烧能量密度值很高,燃烧零污染,是一种清洁的绿色新能源。
随着科学技术的不断进步,氢能将代替化石能源走进千家万户,承担起主体能源的角色。
但利用氢能源,必须解决氢的安全储存和运输问题。
碳纳米管由于具有独特的纳米级尺寸、中空结构和大的比表面积等特点,使其成为最有潜力的储氢材料[22-24]。
L ee等研究了碳纳米管的储氢性能,观察了碳纳米管的几处吸附位,并计算了碳纳米管吸附位的位置和最大储氢量[25]。
常温常压下,约2/3的氢能从碳纳米管中释放出来,而且可被反复使用。
在燃料电池系统中,碳纳米管可以用于制造质子交换膜(PE M)燃料电池,采用碳纳米管储氢,取代现用的高压氢气罐,电动汽车通过消耗氢产生电力,排除的废气为水蒸气,因此没有污染。
燃料电池在移动电源、家庭电源、分散电站、水下机器人、航天器、空间站、潜艇等领域有广泛的应用。
如果用碳纳米管储氢材料做成可携式的能源,氢气是取之不尽用之不竭的可再生能源,外出旅游就可以直接用它来做野炊的燃料。
虽然碳纳米管储氢研究在实验和理论方面取得了可喜的成果,但由于碳纳米管成本高,不能批量生产,对其真正的用于实践生产还有相当距离。
3.2 碳纳米管在复合材料方面的应用[26]碳纳米管具有类似高分子的结构,且有很高的轴向强度和刚度。
与高分子材料复合时,得到性能优异的复合材料,使碳纳米管表现出优良的电学性能和力学性能,这使得碳纳米管在复合材料领域具有诱人的应用前景。
喻光辉等[27]在超声条件下,用原位聚合的方法制备了碳纳米管/聚氨酯纳米复合材料,在碳纳米管质量分数为0.5%时,复合材料的导电性能得到明显的提高,可用作抗电材料。
将碳纳米管加入塑料中,可获得强度更高并且具有导电性能的塑料,常用于静电喷涂材料。
目前高档汽车的塑料零件采用了这种材料,制造出形状更复杂,强度更高、表面更美观的塑料零部件。
碳纳米管特殊的结构和介电性质,还可以表现出较强的宽带微波吸收性能,吸收频率宽化[7]。
清华大学的宋泳[28]制备出碳纳米管复合涂层吸波材料。
石乃恩等[29]对碳管进行羟基化,再利用化学镀使Pd,Co,F e,P t金属纳米粒子成功地吸附在碳管表面,得到较好的吸波性能。
在飞机、导弹、火炮、坦克等军事装备领域中碳纳米管的微波吸收性能起着巨大的应用价值。
3.3 碳纳米管在超级电容器电极材料方面的应用碳纳米管具有非常高的比表面积,结晶度高,加之优异的导电性能和良好的机械性能,碳纳米管是制造超级电容器电极的理想材料。
马仁志等通过不同工艺手段制备了碳纳米管电极。
梁逵等研究了硝酸改性处理的碳纳米管来制作电极,所得超级电容器的质量比电容达到69F/g,而且这种电容器具有良好的频率响应特性。
超级电容器是目前已知的最大容量的电容器,开发并利用碳纳米管做超级电容器的电极材料存在着巨大的商业价值。
3.4 其它应用碳纳米管作为一种新型的 超级纤维 材料,可以用作扫描隧道显微镜和原子力显微镜的针尖。
最新的研究表明,碳纳米管已经被研究人员制成纳米管显微容器、纳米齿轮、微型天线等,美国 发现 月刊报道利用碳纳米管制作的 太空梯 将升向太空。
碳纳米管独特的管状结构还可制作纳米装置、超大规模集成电路散热衬托材料、计算机芯片导热板、一维导线、纳米同轴电缆、分子晶体管、电子开关、美容材料、防弹背心、抗震建筑等。