碳纳米管综述

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碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述

碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料,碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注,并且从以往的实践经验上来看,碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。

在本文的研究当中,主要立足于这一领域进行分析,提出了碳纳米管本身所具备的特性,以及这种材料在实践过程当中的优越性,进而提出应用策略,希望能够在一定程度上起到借鉴作用。

关键词碳纳米管;复合材料;复合镀迄今为止,碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用,并且取得了比较显著的成果,其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。

在应用过程当中,碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。

本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面,提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。

1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看,碳纳米管具有石墨层状的结构,其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键,无论在理论计算还是实践当中,都能够看出来,碳纳米管具有非常强的韧性。

在制备过程当中,碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。

具体来讲,在电弧放电当中,主要制备单壁碳纳米管,但是其中具有一定的弊端,比如产率非常低,但是成本却很高;而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点,一般在现代工程的批量化生产过程当中,会用到这种方法。

在当前应用领域,高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。

但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后,要想在强度上取得新的突破,必须要有效减少碳纤维的直径,提高纵横比。

碳纳米管是比较典型的纳米材料,纵横比非常可观。

更为重要的是,从长度上来讲,纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响,使用这一材料能够有效聚合复合材料,改变传统加工当中的一些问题,增强复合材料的导电性能。

再加上纳米管当中所具备的结构优势,使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。

新材料概论——碳纳米管

新材料概论——碳纳米管

新材料概论——碳纳米管碳纳米管是一种由碳原子组成的纳米材料,具有特殊的结构和优异的性能,被认为是未来材料科学发展的重要方向之一、本文将从碳纳米管的定义、制备方法、结构特点和应用领域等方面进行阐述。

首先,碳纳米管是由碳原子按照特定的方式排列而成的管状结构。

它们的直径通常在纳米尺度范围内,但长度可达数微米至数厘米。

碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种形式。

单壁碳纳米管具有单层碳原子构成的管状结构,而多壁碳纳米管由多个同心层组成,每层之间有适当的间隙。

制备碳纳米管的方法有很多种,包括化学气相沉积、物理气相沉积、电化学剥离等。

其中,化学气相沉积是最常用的方法之一、该方法在惰性气氛中将碳源分解并沉积在金属催化剂上,从而形成碳纳米管。

此外,还可以利用电弧放电、化学还原剥离等方法获得碳纳米管。

碳纳米管的结构特点使其具有许多独特的性能。

首先,碳纳米管具有优异的导电性能,其导电能力可媲美铜和银等传统导电材料。

其次,碳纳米管具有优异的机械性能,具有很高的抗拉强度和模量。

此外,碳纳米管还具有优异的光学性质和热导性能,具有良好的化学稳定性和抗辐射性能。

碳纳米管的应用领域非常广泛。

在电子器件方面,碳纳米管可以用于制备纳米晶体管和纳米电极,可用于高分辨率显示器、柔性电子器件和高性能电池等。

在能源领域,碳纳米管也可以用于制备锂离子电池和超级电容器,以提高能源存储和转换效率。

此外,碳纳米管还可以用于传感器、生物医药、纳米催化剂等领域。

总之,碳纳米管作为一种新型材料,具有独特的结构和优异的性能,在材料科学领域具有广阔的应用前景。

随着制备技术的不断改进和研究的深入,碳纳米管的应用范围将进一步扩大,为各个领域的科技发展和实际应用带来更多的可能性。

纳米材料文献综述

纳米材料文献综述

北京化工大学北方学院NORTH COLLEGE OF BEIJING UNIVERSITY OFCHEMICAL TECHNOLOGY碳纳米管的性质与应用姓名:**专业:应用化学班级: 0804学号: *********2011年05月文献综述前言本人论题为《碳纳米管的性质与应用》。

碳纳米管是一维碳基纳米材料,其径向尺寸为纳米级,轴向尺寸为微米量级,管子两端基本上都封口。

碳纳米管具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等力学,电磁学特点。

近年来,碳纳米管在力学、电磁学、医学等方面得到了广泛应用。

本文根据众多学者对碳纳米管的研究成果,借鉴他们的成功经验,就碳纳米管的性质及其功能等方面结合最新碳纳米管的应用做一些简要介绍。

本文主要查阅近几年关于碳纳米管相关研究的文献期刊。

碳纳米管(CNT)是碳的同素异形体之一,是由六元碳环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管,其中每个碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。

碳纳米管是由一层或多层石墨按照一定方式卷曲而成的具有管状结构的纳米材料。

由单层石墨平面卷曲形成单壁碳纳米管(SWNT),多层石墨平面卷曲形成多壁碳纳米管(MWNT)。

自从1991年日本科学家lijima发现碳纳米管以来,其以优异的力学、热学以及光电特性受到了化学、物理、生物、医学、材料等多个领域研究者的广关注。

一、碳纳米管的性质碳纳米管的分类研究碳纳米管的性质首先要对其进行分类。

(1)按照石墨层数分类,碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

(2)按照手性分类,碳纳米管可分为手性管和非手性管。

其中非手性管又可分为扶手椅型管和锯齿型管。

(3)按照导电性能分类,碳纳米管可分为导体管和半导体管。

碳纳米管的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。

其拉伸强度是钢的100倍,而质量只有钢的1/ 6,并且延伸率可达到20 %,其长度和直径之比可达100~1000,远远超出一般材料的长径比,因而被称为“超强纤维”。

CNTs-碳纳米管简介

CNTs-碳纳米管简介
碳纳米管( CNTs )介绍
简介
碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs) 于1991年由NEC(日本电气)筑波研 究所的饭岛澄男(Sumio Iijima)首次 以论文的形式报道出来的
文献一
单壁碳纳米管的首次介绍
文献二
图示
图片来源:刘剑洪,吴双泉,碳纳 米管结构及其应用,深圳大学理工 学报,2013
分析
1 、 碳纳米管可看成是由石墨片层绕管轴 ( tube axis )卷曲而成 , 不同的卷曲方式所 得的结构不同,其性质也会不同。 2 、卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网 格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺 旋角。 3 、螺旋角不同代表其旋转程度的不同,一 个纳米管的旋转由管轴和螺旋角两者决定。 4 、碳纳米管的封口通常有曲面、多边形或 锥型面所完成。(一般为五边形与七边形的 组合)
图9 展开的碳纳米管
分析
1、作者不认为是蛋卷型结构,理由如下: 如果是这种蛋卷结构,那么这种细管会有覆盖边缘存在(edge overlaps on their surfaces),但实验中并没有观察到)。 2、在不同的管形貌观察中,作者提出了一个纳米管生长的模型,即:每个纳米 管在根部开始各自独立的螺旋生长,但其具体的生长机理是未知的,但可肯定的 是它与传统的螺旋位错是不一样的,因为它有圆柱状的点阵。 3、目前也还无法得到具有清晰横截面的多壁碳纳米管试样。
分析
图9 通过电子显微镜看到的图像 (图中黑色为Fe3C等杂质) 由图可知纳米管通常聚集一起呈捆状(由于范德华力的作用),但孤立、单独的 纳米管同样存在。
分析
图10 纳米管直径大小统计
1 、在电子显微镜下挑选了 60 根纳米管,对他们的直径进行了了统计,发现在 0.8nm和1.05nm周围的数量较多; 2、右图对一根直径为1.37nm的纳米管进行电子衍射。

关于碳纳米管的研究进展综述

关于碳纳米管的研究进展综述

关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月,Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子,称作为富勒烯。

这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。

之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。

1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。

年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。

1993年,通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管;同年,Yacaman等以乙炔为碳源,用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。

1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。

1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;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了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。

1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。

2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。

2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。

2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。

而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。

因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。

目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。

一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。

归纳并总结碳纳米管的特性

归纳并总结碳纳米管的特性

归纳并总结碳纳米管的特性碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米级管状结构材料,具有独特的物理、化学和电学特性。

它们在纳米科技领域具有广泛的应用前景。

本文将归纳并总结碳纳米管的特性,以便更好地理解和利用这一材料。

1. 结构特性碳纳米管的基本结构由碳原子以六角形排列形成,呈现出类似于由一个或多个碳层卷曲而成的管状形态。

碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种类型。

单壁碳纳米管由单层碳原子构成,而多壁碳纳米管则包含多个同心管状结构。

2. 尺寸特性碳纳米管的直径通常在1纳米至100纳米之间,长度可以从几十纳米到数微米不等。

其长度和直径比例的不同决定了碳纳米管的形态,如长棒状、管状或扁平形状。

3. 机械特性碳纳米管具有出色的力学性能,其强度和刚度是其他材料无法比拟的。

研究表明,碳纳米管的弹性模量和拉伸强度分别可以达到1000 GPa和100 GPa以上。

此外,碳纳米管还具有极高的柔韧性和耐久性。

4. 热学特性碳纳米管的热导率非常高,比钻石和铜等传统材料还要高。

这是由于碳纳米管的晶格结构和电子结构的特殊性质所决定的。

同时,碳纳米管还表现出优异的热稳定性和低热膨胀系数,使其在微电子器件的散热和封装方面具有广泛的应用潜力。

5. 电学特性碳纳米管是一种半导体材料,具有优良的电学性能。

SWCNT的导电性可分为金属和半导体两种类型,而MWCNT通常是半导体性质。

此外,碳纳米管还表现出高载流子迁移率、低电子散射率等优异特性,这使得其在纳米电子学领域具有重要的应用前景。

6. 光学特性由于碳纳米管具有一维结构和特殊的色散关系,使得其显示出独特的光学性质。

碳纳米管对可见光和红外光有很强的吸收和发射能力,具有广泛的应用潜力,如太阳能电池、光电器件和传感器等。

7. 化学特性碳纳米管具有高度的化学稳定性,能耐受高温、强酸和强碱等条件。

这使得碳纳米管可以在各种工业和科学领域中得到应用,如催化剂、储氢材料、吸附剂和纳米复合材料等。

碳纳米管(CNTs)

碳纳米管(CNTs)

碳纳米管(CNTs)班级:材料化学班姓名:唐建学号:20110513427摘要:1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空碳纤维,直径一般在几纳米到几十个纳米之间,长度为数微米,甚至毫米,称为“碳纳米管”。

从此便引发了碳纳米管研究的热潮和近十几年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。

本文主要分为两部分:1、对纳米材料及碳纳米管的相关知识进行介绍2、于应用层次,讨论纳米材料及碳纳米管的应用前景关键字:纳米材料概述碳纳米管热点及应用1、引言生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。

生物科学技术中对基因的认识,产生了转基因生物技术,可以治疗顽症,也可以创造出自然界不存在的生物;信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事,因特网几乎可以改变人们的生活方式。

而纳米科学技术作为二十一世纪的主导产业,又将给人们带来怎样天翻地覆的改变呢?……2、理论知识2.1 纳米材料概述纳米材料:指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。

从材料的结构单元层次来说,它处于宏观物质和微观原子、分子之间的介观领域。

在纳米材料中,界面原子占极大比例,而且原子排列互不相同,界面周围的晶格结构互不相关,从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

纳米科学技术:研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问;同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。

2.2 纳米材料的特性2.2.1纳米材料的体积效应体积效应中的典型例子是久保理论。

其是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。

该理论把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态,并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级,并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为:δ=4EF/3N ∞V-1 ∞1/d3(其中N为一个金属纳米粒子的总导电电子数,V为纳米粒子的体积;EF为费米能级)。

碳纳米管简介

碳纳米管简介

碳纳米管简介
碳纳米管(CNTs)是一种新型的石墨材料,它是由石墨片层卷曲而成的圆柱形结构,其直径范围一般为一纳米至几百纳米。

这些管状纤维的长度变化范围也很大,一般为几微米到几千微米;因此碳纳米管的长径比(长度与直径的比值)范围为一千~十万。

这么大的长径比以及独特的结构使得碳纳米管与众多其他材料有很大差别。

碳纳米管有很多独特的性质,例如,其强度是不锈钢的16倍,热导率为铜的5倍。

由于碳纳米管自身为粉末状态,它可能是构筑新型复合材料的最合适的添加剂。

将碳纳米管加入到聚合物、陶瓷或金属基体中后,可以显著提高主体材料的物理性质(如导电性、导热性和其他物理性质),其效果远远优于炭黑、碳纤维或玻璃纤维等传统添加剂。

碳纳米管可以分为单壁、双壁和多壁碳纳米管,其主要差别在于碳纳米管结构中石墨片层的数目。

为方便参考,这里列出了一些碳纳米管的常见性能参数:
1. 电阻率:10 -4 Ω-cm
2. 电流密度:107 amps/cm2
3.热导率:3,000 W/mK
4. 抗拉强度:30 GPa
1。

碳纳米管综述

碳纳米管综述

碳纳米管综述碳纳米管的研究进展自20世纪90年代初,日本NEC公司的Sumio Iijima 发现碳纳米管(CNT)以来,其特异的力学和电学性质引发了世界范围内的研究热潮,碳纳米管逐渐成为纳米材料中的明星,得到众星捧月般的关注。

当前,碳纳米管的研究还处在早期阶段,研究工作主要集中在它的生长和表征上,到碳纳米管产品大量投放市场还需要一段时间。

这并不奇怪,因为通常一种新兴事物从发现到投放市场需要10年左右时间。

人们将跨越碳纳米管的奇妙性质研究阶段,而着手解决从材料到器件、从器件到系统等诸多实际问题。

相信在不远的将来,碳纳米管会走进我们的日常生活,成为我们工作和生活中不可或缺的一部分。

我国的碳纳米管研究队伍十分庞大,从事碳纳米管研究的高校和科研院所不下50家,人数不下2000人。

国家有过部门高度重视碳纳米管研究,科技部973计划、863计划以及刚刚启动的纳米重大研究计划、国家自然科学基金、中国科学院等对此均有部署。

我国科研人员发表的相关学术论文逾4400篇,占纳米管论文总数的21%以上,这反映了国内碳纳米管研究的活力和实力。

碳纳米管的分类石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层,根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。

单壁碳纳米管(SWNT)由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。

SWNT 的直径一般为1-6 nm,最小直径大约为0.5 nm,与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定,会发生SWNT 管的塌陷,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。

多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。

其层数从2~50 不等,层间距为0.34±0.01nm,与石墨层间距(0.34nm)相当。

多壁管的典型直径和长度分别为2~30nm 和0.1~50μm。

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。

碳纳米管论文5则范文

碳纳米管论文5则范文

碳纳米管论文5则范文第一篇:碳纳米管论文碳纳米管前言: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。

摘要:碳纳米管是纳米材料中开发价值最高的纳米材料之一。

碳纳米管的导电性能优于铜,仅次于超导体,导热性能优于金刚石,并是已知的弹性模量和抗拉强度最高的材料。

自从1991年发现以来,经过各国科学家近10年的研究,在基础研究和应用领域都取得了重要进展。

可以预见,随着研究领域新的发现,碳纳米管的应用领域将会越来越广,其蕴藏的潜在的巨大经济价值将随着人们对它的认识的不断加深而充分体现出来。

关键词:碳纳米管性能应用前景制备Abstract: carbon nanotubes nanomaterial is the highest value of development of nanometer materials.Carbon nanotube conductive performance is better than copper, second only to the superconductor, thermal performance is superior to diamond, and is known as the elastic modulus and the tensile strength of the materials of the highest.Since discovered in 1991, after scientists for nearly 10 years of research, in basic and applied research fields have made important progress.Can foreknow, with the research of new discoveries, the applications of carbon nanotubes field will be more and more widely, it contained the potential economic value will be with the people's understanding to it constantly and fully embodied.Key words: carbon nanotubes preparation properties application一.碳纳米管的性能力学性能由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化,相比SP3杂化,SP2杂化中S轨道成分比较大,使碳纳米管具有高模量、高强度。

单壁碳纳米管制备方法综述

单壁碳纳米管制备方法综述

单壁碳纳米管制备方法综述
单壁碳纳米管(SWCNTs)由于其独特的电学、力学和光学性质,在纳米电子学、催化、传感器等领域具有广泛的应用前景。

目前,SWCNTs 的制备方法主要包括以下几种:
1. 电弧放电法:该方法通过电弧放电在催化剂表面生成碳纳米管。

它的优点是产量高,但缺点是难以控制管的直径和长度。

2. 化学气相沉积法(CVD):CVD 法是在催化剂的作用下,通过有机气体的分解和沉积来制备碳纳米管。

该方法可以实现对碳纳米管直径和长度的控制,但产量较低。

3. 激光烧蚀法:利用激光烧蚀含碳靶材,在催化剂上沉积形成碳纳米管。

该方法适用于制备高纯度的碳纳米管,但设备要求较高。

4. 固相热解法:将含有碳和催化剂的前驱体在高温下热解,使碳源在催化剂的作用下生成碳纳米管。

该方法操作简单,但产物纯度较低。

各种制备方法都有其优缺点,需要根据具体的应用需求选择合适的方法。

未来的研究将集中在提高制备效率、控制产物结构以及降低成本等方面。

碳纳米管综述

碳纳米管综述

碳纳米管综述摘要:本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程,并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。

同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。

引言: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。

正文:碳纳米管的制备:碳纳米管的合成技术主要有:电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD,以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。

电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。

研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。

T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电,首次使碳纳米管的合成达到了克量级。

为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结,D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接,大大减少了碳纳米管缺陷。

C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物,实现了SWNTs的大量制备。

研究发现,铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。

近年来,人们除通过调节电流、电压,改变气压及流速,改变电极组成,改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外,还通过改变打弧介质,简化电弧装置。

综上所述,电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。

电弧法得到的碳纳米管形直,壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低,电弧放电过程难以控制,制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。

催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。

该方法主要采用过渡金属作催化剂,适于碳纳米管的大规模制备,产物中的碳纳米管含量较高,但碳纳米管的缺陷较多。

碳纳米管的结构与性能综述

碳纳米管的结构与性能综述

碳纳米管的结构与性能综述摘要:碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等,自问世以来即引起广泛关注,近年来广泛应用于众多科学研究领域。

本文介绍了碳纳米管的理论研究、制备方法以及一些重要性能。

关键词:碳纳米管;制备;性能中图分类号:Review of Structure and Properties of Carbon NanotubesAbstract:Carbon nanotube have drawn wide attention due to their unique structures and properties, such as special conductivity, mechanical, physical and chemical properties since it wae first prepared. It has been widely used in many scientific research in recent years. The theoretical research, preparation methods and some important properties are introduced in the paper.Keyword: carbon nanotube; preparation; property1引言1991年日本NEC的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,这就是碳纳米(Carbon Nanotube)[1],又名巴基管。

碳纳米管是一种具有石墨结晶的管状纳米碳材料,分为单壁碳纳米管(SWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)两种,直径在纳米量级,具有很高的长径比。

单壁碳纳米管由单层石墨卷成柱状无缝管而形成,是结构完美的单分子材料。

多壁碳纳米管可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。

碳纳米管的性能综述

碳纳米管的性能综述

碳纳米管的性能综述摘要碳纳米管因为性能多方面并且应用广泛而受到很多研究员的关注,本文将对碳纳米管的几个性能的研究进行综述,包括碳纳米管的碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能、纳米连接性能、碳纳米管增强复合材料风机叶片性能、碳纳米管稳定性能分析、碳纳米管机械强度、碳纳米管吸附特性的综述。

关键字:碳纳米管性能催化剂催化性能连接性能稳定性能纤维的性能吸附特性碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能杨明轩等以浮动催化热分解法制备碳纳米管( CNTs) ,采用氧化-还原-硫化的方法制备了CNTs /FeS催化剂,采用X射线衍射( XRD) 透射电子显微镜( TEM) 和热重( TG) 分析等技术对催化剂进行了结构表征。

将CNTs /FeS作为类Fenton催化剂用于水中环丙沙星的去除,研究了降解过程中H2O2 浓度CNTs /FeS催化剂的投加量环丙沙星浓度及pH等因素对催化降解性能的影响。

结果表明,CNTs /FeS类Fenton催化反应在H2O2 浓度为20mmol /L 和CNTs /FeS催化剂的投加量为10 mg的条件下具有最优的降解效果,其催化反应过程符合一级动力学方程,且具有更加宽泛的pH适应范围( pH=3 ~8) ,同时,CNTs /FeS类Fenton 催化剂在使用寿命方面也具有一定的优势.结论是采用碳纳米管原始样品制备了CNTs /FeS 类Fenton催化剂,并应用于环丙沙星的催化降解反应中,在pH=3 ~8范围内可保持较高去除率( 可达89%) ; 当H2O2 浓度为20mmol /L时,去除率最高( 可达90%) ; CNTs /FeS催化剂催化降解环丙沙星反应过程符合表观一级动力学方程。

CNTs /FeS 类Fenton催化反应在固液比1 ∶2的情况下,循环使用4次后仍然保持较高的催化降解效率。

碳纳米管的连接性能2002年,Derycke等采用恒定的电流施加于Au电极结果表明,在焦耳热作用下,单壁碳纳米管( SWCNTs) 与金电极接触处的氧气等吸附物发生脱附,并获得了较低的接触电阻。

碳纳米管介绍

碳纳米管介绍
化学气相沉积法又名催化裂解法, 其原理是通过烃类(如甲烷、乙烯、丙烯和苯等) 或含碳氧化物(如CO) 在催化剂的催化下裂解为碳原子,碳原子在催化剂作用下,附着在催化剂微粒表面上形成碳纳米管。
此法特点:操作简单, 工艺参数更易控制,生长温度相对较低,成本低,产量大,可规模化生产。但由于其制备的碳纳米管含有许多杂质,且碳纳米管缠绕成微米级大团,需要进一步纯化和分散处理。
二.碳纳米管材料的性能
热学性能
碳纳米管具有良好的传热性能,由于是一维材料,其在径向上的导热性能优越,我们甚至可以在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,使得复合材料的热导率得到很大的改善。
碳纳米管材料的性能
储氢性能
碳纳米管具有比较大的表面积,且具有大量的微孔,其储氢量远远大于传统材料的储氢量,因此被认为是良好的存储材料。
激光蒸发法是一种简单有效的制备碳纳米管的新方法。与电弧法相比,前者用电弧放电的方式产生高温,后者则用激光蒸发产生高温。得到的碳纳米管的形态与电弧法得到的相似,但碳纳米管质量更高,并无无定形碳出现。这种方法易于连续生产,但制备出的碳纳米管的纯度低,易缠结,且需要昂贵的激光器,耗费大。
3.化学气相沉积法(CVD)
碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用:一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,大大减少波的反射率;另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3-4 个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多,也使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低,起到了隐身作用。可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。
在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶,该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时,将惰性气体充入管内,并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳,这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时,在催化剂的作用下生长成碳纳米管。

碳纳米管概述

碳纳米管概述
1)力学性 能 碳纳米管的抗拉强度达到50~200GPa,是钢 的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤 维高一个数量级。它是最强的纤维,在强度与重 量之比方面,这种纤维是最理想的。
2) 电学性能
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6mm时,导电性能下降;当 管径小于6mm时,CNTs可以被看成具有良好导电性能的一 维量子导线。
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。
燃烧火焰法
利用液体(乙醇、甲醇等)、气体(乙炔、乙烯、甲烷等) 和固体(煤炭、木炭)等产生火焰分解其碳-氢化合物获得游历 碳原子,为合成碳纳米管提供碳源;然后将基板材料做适当处 理,最后将基板的一面向下,面向火焰放入火焰中,燃烧一段 时间后取出。基板上的棕褐(黑)色既是碳纳米管或碳纳米纤 维。
导电塑料(聚脂): 将碳纳米管均匀地扩散到塑料中,可获得强度更高并具有导
电性能的塑料,可用于静电喷涂和静电消除材料,目前高档 汽车的塑料零件由于采用了这种材料,可用普通塑料取代原 用的工程塑料,简化制造工艺,降低了成 本,并获得形状 更复杂、强度更高、表面更美观的塑料零部件,是静电喷涂 塑料 (聚脂 )的发展方向。
由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能,不会象绝缘塑 料产生静电堆积,因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制 造及洁净空间等领域的理想材料。碳纳米管还有静电屏蔽功 能,由于电子设备外壳可消除外部静电对设备的干扰,保证 电子设备正常工作。
4) 电磁干扰屏蔽材料及隐形材料 碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材

碳纳米管(CNTs)及其制备技术综述

碳纳米管(CNTs)及其制备技术综述

碳纳⽶管(CNTs)及其制备技术综述碳纳⽶管(CNTs)及其制备技术1.概述1991年,Iijima在⽯墨电弧放电产物中发现了碳纳⽶管(CNTs),从此碳纳⽶管成为碳家族的⼀个新成员。

CNTs是纳⽶科学的⼀颗耀眼明珠,其独特的结构、优良的物理和化学性能、巨⼤的应⽤前景吸引了⼤批的物理学家、化学家和材料学家的兴趣,成为科学领域的研究热点。

尤其是单壁碳纳⽶管的发现和研究被科学界权威杂志《Science》评为1997年世界⼗⼤科技成果之⼀。

2.碳纳⽶管的结构和性能2.1碳纳⽶管的结构碳纳⽶管是由多个碳原⼦六⽅点阵的同轴圆柱⾯套构⽽成的空⼼⼩管,相临的同轴圆柱⾯之间的距离与⽯墨的层间距相当,约为0.34nm,管壁由六边形排列的碳原⼦组成,每个碳与周围的三个碳原⼦相邻,碳/碳间通过sp2杂化键结合。

管的直径为零点⼏纳⽶到⼏⼗纳⽶,管的长度为微⽶级。

管的直径和长度随不同的制备⽅法及条件的变化⽽不同。

管的端部由五边形排列的碳原⼦封顶。

碳纳⽶管绝⼤多数两端是封闭的,并且这种封闭与碳纳⽶管圆管平滑连接,较⼩直径的碳纳⽶管的封闭形式⼀般呈半圆状,这对应于半个富勒烯(Fullerence)笼。

依据组成碳纳⽶管的⽯墨⽚层数的不同,碳纳⽶管可分为单壁碳纳⽶管即含⼀层⽯墨⽚的碳纳⽶管以及由⼀层以上⽯墨⽚组成的多壁碳纳⽶管。

碳纳⽶管结构⽰意图如图1所⽰。

图1 碳纳⽶管结构⽰意图(a)四层碳纳⽶管结构(b)单层碳纳⽶管结构2.2碳纳⽶管的性能碳纳⽶管具有独特的电⼦结构和物理化学性质,可以在许多⽅⾯得到⼴泛的应⽤。

碳纳⽶管的直径-长度⽐很⼤,⼀般情况下,长度都是直径的⼏千倍,远远⼤于普通的纤维材料;它的强度⽐钢⾼约100倍,⽽重量仅仅为钢材料的六分之⼀,有可能成为⼀种新型的⾼强度碳纤维材料。

这种“超级碳纤维”材料既具有碳素材料的固有本性,⼜具有⾦属材料的导电性、导热性,陶瓷材料的耐热和耐腐蚀性,纺织纤维的可编织性以及⾼分⼦材料的轻质、易于加⼯性,因⽽具有极⼤的应⽤潜⼒。

碳纳米管制备方法综述

碳纳米管制备方法综述

凝聚相电解生成法
此法是最近出现的一种电化学合成碳 纳米管的方法。该方法采用石墨电极(电解 槽为阳极),在约600℃的温度及空气或氢 气等保护性气氛中。以一定的电压和电流 电解熔融的卤化碱盐(如LiCI),电解生成 了形式多样的碳纳米材料。包括包裹或未 包裹的碳纳米管和碳纳米颗粒等。通过改 变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材 料的形式。
化学气相沉积法
化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition。简称CVD)。基本原理为含 碳气体流经催化剂表面时分解。沉积生 成纳米碳管。这种方法具有制备条件可 控、容易批量生产等优点。自发现以来 受到极大关注,成为纳米碳管的主要合 成方法之一。常用的碳源气体有CH4、 C2H 、C2H 、C6H 和CO等。最早用25% 铁,石墨颗粒作为催化剂。常压下700℃ 时9% 乙炔,氮气制得纳米碳管。
碳纳米材料
主讲:星空大神~ PPT制作:李淳坤
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,成为全球科学界各级科 研人员争相关注的焦点。
近年来发展建立起来的 碳纳米材料制备方法也多种 多样,可大致归为以下几种: 石墨电弧法、化学气相沉积 法、激光蒸发法、热解聚合 物法、火焰法、离子辐射法、 电解法、原位合成法、模板 法等。
碳纳米材料的制备方法
石墨电弧法 激光蒸发法
催化裂解法
化学气相沉积法 模板法 水热法 凝聚相电解生成法
石墨பைடு நூலகம்弧法
石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工 艺方法。后经过优化工艺,每次可制得克量级 的纳米碳管。此法是在真空反应室中充惰性气 体或氢气。采用较粗大的石墨棒为阴极,细石 墨棒为阳极,在电弧放电的过程中阳极石墨棒 不断的被消耗。同时在石墨阴极上沉积出含有 纳米碳管的产物。采用此法合成纳米碳管时。 工艺参数的改变如更换阴极材料或改变惰性气 体都将大大影响纳米碳管的产率。除此之外。 改变在阳极组成或直径、或在石墨极中添加 Y2O3等也有很好的效果。

碳纳米管文献综述

碳纳米管文献综述

文献综述纳米碳管作为一种碳素新材料,具有优异的力学、电学、储氢等物理性质,在纳米材料、纳米生物学、纳米化学等方面具有潜在的应用价值,成为近年来人们的研究热点。

大批量、低成本合成纳米碳管是拓展纳米碳管应用研究的基础,因此对纳米碳管的合成研究也最多,并取得了一定的进展。

纳米碳管的机械强度高,比表面积大,界面效应强,容易吸附金属催化剂,而被认为在催化剂载体领域里有很好的应用前景。

一碳纳米管简史研究碳纳米管的历史,可以追溯到1889年,一项专利阐明了如何制备一维碳纳米材料,产物中可能有碳纳米管。

1970年,法国奥林大学(University of Orleans)的En-do 用气相生长技术制成了直径为7nm 的碳纤维,由于他没有对这些碳纤维的结构进行细致的评估和表征,所以并没有引起人们的注意。

后来科学家在研究C60,C70的基础上认识到产生无数种近石墨结构成为可能。

1991年1月,日本筑波NEC 实验室的饭岛澄男首先用高分辨率电镜观察到了他认为是一种螺旋状的微管,也就是碳纳米管,文章发表在《自然》(Nature)杂志上。

从而饭岛成为公认的碳纳米管发现者。

1993年,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,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。

二碳纳米管的分类按照石墨烯片的层数,可分为:单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNT s):由一层石墨烯片组成。

单壁管典型的直径和长度分别为~3nm和1~50μm。

又称富勒管(Fullerenes tubes);多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs):含有多层石墨烯片。

形状象个同轴电缆。

其层数从2~50不等,层间距为±,与石墨层间距相当。

多壁管的典型直径和长度分别为2~30nm和~50μm。

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碳纳米管综述摘要:本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程,并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。

同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。

引言: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。

正文:碳纳米管的制备:碳纳米管的合成技术主要有:电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD,以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。

电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。

研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。

T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电,首次使碳纳米管的合成达到了克量级。

为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结,D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接,大大减少了碳纳米管缺陷。

C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物,实现了SWNTs的大量制备。

研究发现,铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。

近年来,人们除通过调节电流、电压,改变气压及流速,改变电极组成,改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外,还通过改变打弧介质,简化电弧装置。

综上所述,电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。

电弧法得到的碳纳米管形直,壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低,电弧放电过程难以控制,制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。

催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。

该方法主要采用过渡金属作催化剂,适于碳纳米管的大规模制备,产物中的碳纳米管含量较高,但碳纳米管的缺陷较多。

催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单,关键是催化剂的制备和分散。

目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面:大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。

一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂,粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体,乙炔、丙烯及甲烷等作碳源,氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气,在530℃~1130℃范围内,碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。

1993年Yacaman等人[5]采用此方法,用Fe催化裂解乙炔,在770℃下合成了多壁碳纳米管,后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源,也都取得了成功。

为使碳离子均匀分布,科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。

激光蒸发法激光蒸发法是制备单壁碳纳米管的一种有效方法。

用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有Fe、Co、Ni或其合金的碳靶制备单壁碳纳米管和单壁碳纳米管束,管径可由激光脉冲来控制。

Iijima[6]等人发现激光脉冲间隔时间越短,得到的单壁碳纳米管产率越高,而单壁碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。

用CO2激光蒸发法,在室温下可获得单壁碳纳米管,若采用快速成像技术和发射光谱可观察到氩气中蒸发烟流和含碳碎片的形貌,这一诊断技术使跟踪研究单壁碳纳米管的生长过程成为可能。

激光蒸发(烧蚀)法的主要缺点是单壁碳纳米管的纯度较低、易缠结。

定向生长法定向生长首先是特定制作基底模板之上的生长,模板的制作是决定生成的产物是否定向的关键。

模板可通过掩膜技术、电镀技术、化学刻蚀、表面包覆、溶胶—凝胶、微印刷术等技术,使金属或含金属的催化剂沉积于一定的基底上制得。

利用催化热解或各种CCVD技术等可实现碳纳米管在模板上的有序生长。

已报道的制备方法中,以孔型硅或孔型Al2O3为模板,通过CCVD合成定向碳纳米管的方法居多。

定向生长法制出的碳纳米管准直、均匀性好、石墨化程度高、碳纳米管相互平行排列不缠绕缺陷相对少,但制作模板和催化剂需冗长且繁杂的工艺过程,其操作和设备要求比较苛刻,因此规模受限。

最近文献报道显示,一定条件下通过浮游催化亦可实现碳纳米管定向生长。

这无疑是定向生长值得探究的方向。

上述各种合成方法各有特点,电弧法得到的碳纳米管形直壁薄,长度较短,但电弧反应难于控制,不利于工业化规模生产。

激光烧蚀法得到的碳纳米管杂质较少,易于提纯,但需要复杂昂贵的设备,能耗大、产量小,限制了它的广泛应用。

CCVD设备简单,可控工艺参数少,相对能耗小,可大规模生产,但制出的碳纳米管相互缠绕缺陷较多。

模板定向生长制出的碳纳米管质量相对上乘,但制作工艺复杂。

产量极其有限,难于满足需求。

因此碳纳米管合成所面临的急待解决的问题仍不容忽视。

性能:力学性能由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化,相比SP3杂化,SP2杂化中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数量级;它的弹性模量可达1TPa,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800GPa。

碳纳米管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。

碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。

若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、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。

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。

目前在工业上常用的增强型纤维中,决定强度的一个关键因素是长径比,即长度和直径之比。

目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1,而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。

2000年10月,美国宾州州立大学的研究人员称,碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍,重量却只有后者的1/6到1/7。

碳纳米管因而被称“超级纤维”。

此外,碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高的。

导电性能碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键,由于共轭效应显著,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,CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。

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1.5×10-4K,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=na1+ma2,记为(n,m)。

a1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=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n=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具有非常大的长径比,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。

碳纳米管的应用: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[5]。

Lee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[6]。

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(PEM)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。

碳纳米管在复合材料方面的应用[7]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[8]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。

清华大学的宋泳[9]制备出碳纳米管复合涂层吸波材料。

石乃恩等[10]对碳管进行羟基化,再利用化学镀使Pd,Co,Fe,Pt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。

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。

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。

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