碳纳米管 ppt课件
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《碳纳米管》PPT课件
分类：
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
离子液体修饰碳纳米管 、表面活性剂 （十二 烷基磺酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠 (SDBS) ）、聚间亚苯基亚乙烯（PmPV） 等
4 碳纳米管的基本性质
（1）力学性能：sp2杂化形成的C=C共价键是自然界 最强的价键之一，赋予碳纳米管极强的强度、韧性 及弹性模量，使碳纳米管具有优异的力学性能。由 于碳纳米管的纳米尺度和易缠绕的特点，直接用传 统实验方法测量其力学性能比较困难，因此最初对 碳纳米管力学性能的研究集中在理论预测上。
当今世界公开报道高质、高效、连续大批 量工业化生产碳纳米管的实例：沸腾床催化法、 化学气相沉积法
碳纳米管结构示意图
(A) 椅形单壁碳纳米管 (B) Z字形单壁碳纳米管 (C) 手性单壁碳纳米管 (D) 螺旋状碳纳米管 (E) 多壁碳纳米管截面图
（方A）法电和弧设放备电都法较：相其似方。法阴及极设采备用与厚制约备10Ｃmm60的， 直径约为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极 采用直径约为6mm的石墨棒，整个系统保持 在气压约104Pa的氦气气氛中，放电电流为50 Ａ左右，放电电压20Ｖ。通过调节阳极进给速 度，可以保持在阳极不断消耗和阴极不断生长 的同时，两电极的放电端面距离不变，从而可 以得到大面积离散分布的碳纳米管，同时还可 能产生碳纳米微粒。
(D)激光法
机理:与电弧放电法类似，主要是将一根金属催化剂/ 石墨混合的石墨靶放置于一长形石英管中间，该管 则置于一加热炉内。当炉温升至1200℃时，将惰性 气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。石 墨靶在激光照射下将生成气态碳，这些气态碳和催 化剂粒子被气流从高温区带向低温区，在催化剂的 作用下生长成碳纳米管。
发现：1991年，日本学者Ijima和美国的Bethune 等人在掺加过渡金属催化剂的石墨电极间起弧放 电，并在制备产物中分别发现了单壁纳米管。
碳纳米管的制备ppt课件
缺点：制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用 。
一般多用于生产单壁碳纳米管
7
可编辑课件PPT
催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
8
可编辑课件PPT
催化热解法的优缺点
优点：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。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
9
可编辑课件PPT
碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
碳纳米管的制备
报告人
1
可编辑课件PPT
碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法
水热法、凝聚相电解生成法等
2
可编辑课件PPT
碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
12
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
一般多用于生产单壁碳纳米管
7
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催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
8
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催化热解法的优缺点
优点：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。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
9
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碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
碳纳米管的制备
报告人
1
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碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法
水热法、凝聚相电解生成法等
2
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碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
12
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
我的碳纳米管PPT
优点：纯度高，基本不需提纯。 缺点：设备复杂，能耗大，成
本高。
2
4
化学气相沉积法
用铁、钴等作催化剂，黏土、硅酸盐等作载体，氮气、氢气等作稀释气，乙炔、
甲烷等作碳源。一定温度下（一般600~1000℃）催化裂解生成自由碳原子形成 碳纳米管。
优点：设备简单，成本低，适于大规模化生产。
缺点：副产物多，提纯分离难。 【化学气相沉积法是目前应用最广泛，最易实现工业化生产的制备碳纳米管的 2 4
两电极棒均用高纯度石墨棒，
在惰性气体氛点：由于制备时温度高达几
千度，碳管直，石墨化更完全， 缺陷少。
缺点：制备工艺复杂，副产物
多，分离提纯难。
2
4
激光蒸发法
将碳靶臵于石英管中，加热至
1200度左右，然后通入惰性气 体，并用激光束照射碳靶，生 成气体碳。随气体从高温区流 向低温区，在催化剂作用下生 成单壁碳纳米管。
脱出； 碳材料对锂电位相对较低。 目前，在铿离子电池中具有使用价值或应用前 景的碳主要集中于三种碳:①石墨；②硬碳；③ 软碳。
碳纳米管的优势
碳纳米管的层间距（d=3.4～3.5nm）大于石墨的层间距（3.35nm），
大的层间距对锂离子来说进出有了大的通道，这些大的通道不仅增 大了锂离子的扩散能力，而且使锂离子能够更加深入的嵌入，同时 嵌锂时由于体积的膨胀，层间距要增加10%左右，因此石墨层要发 生移动，从而使嵌锂顺利进行。因此从这个原理上看碳纳米管的充 电容量要远大于石墨。
纳米碳管的管径为纳米级尺寸，管与管之间相互交错的缝隙也是纳
米数量级。这种特殊的微观结构，使锂离子不仅可嵌入到管内而且 可嵌入到管间的缝隙之中，为锂离子提供大量的嵌入空间位臵。此 外纳米碳管化学稳定性好，机械强度高，弹性模量大，宏观体积密 度小，且以相互交织的网状结构存在于电极中，能吸收在冲放电过 程中电极因体积变化而产生的应力，因而电极稳定性好，不易破损。
本高。
2
4
化学气相沉积法
用铁、钴等作催化剂，黏土、硅酸盐等作载体，氮气、氢气等作稀释气，乙炔、
甲烷等作碳源。一定温度下（一般600~1000℃）催化裂解生成自由碳原子形成 碳纳米管。
优点：设备简单，成本低，适于大规模化生产。
缺点：副产物多，提纯分离难。 【化学气相沉积法是目前应用最广泛，最易实现工业化生产的制备碳纳米管的 2 4
两电极棒均用高纯度石墨棒，
在惰性气体氛点：由于制备时温度高达几
千度，碳管直，石墨化更完全， 缺陷少。
缺点：制备工艺复杂，副产物
多，分离提纯难。
2
4
激光蒸发法
将碳靶臵于石英管中，加热至
1200度左右，然后通入惰性气 体，并用激光束照射碳靶，生 成气体碳。随气体从高温区流 向低温区，在催化剂作用下生 成单壁碳纳米管。
脱出； 碳材料对锂电位相对较低。 目前，在铿离子电池中具有使用价值或应用前 景的碳主要集中于三种碳:①石墨；②硬碳；③ 软碳。
碳纳米管的优势
碳纳米管的层间距（d=3.4～3.5nm）大于石墨的层间距（3.35nm），
大的层间距对锂离子来说进出有了大的通道，这些大的通道不仅增 大了锂离子的扩散能力，而且使锂离子能够更加深入的嵌入，同时 嵌锂时由于体积的膨胀，层间距要增加10%左右，因此石墨层要发 生移动，从而使嵌锂顺利进行。因此从这个原理上看碳纳米管的充 电容量要远大于石墨。
纳米碳管的管径为纳米级尺寸，管与管之间相互交错的缝隙也是纳
米数量级。这种特殊的微观结构，使锂离子不仅可嵌入到管内而且 可嵌入到管间的缝隙之中，为锂离子提供大量的嵌入空间位臵。此 外纳米碳管化学稳定性好，机械强度高，弹性模量大，宏观体积密 度小，且以相互交织的网状结构存在于电极中，能吸收在冲放电过 程中电极因体积变化而产生的应力，因而电极稳定性好，不易破损。
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
天、军事等方面都有广泛. 应用。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
.
.
碳纳米管的主要性质
.
二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
.
➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。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。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
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碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
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碳纳米管的主要性质
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二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
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➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。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。
碳纳米管合成以及应用ppt课件
10
碳纳米管的生产方法简介
➢ 石墨电弧法 ➢浮动催化法 （即碳氢化合物催化分解法，又称CVD法） ➢激光蒸汽法 ➢燃烧火焰法
11
石墨电弧法：
基本原理： 电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。
氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并 与其成一定角度 电极角度可控可半连续制 备
13
化学气相沉积法（CVD）
➢特点：
设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上
➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
14
激光蒸发法
影响因素： ➢催化剂 ➢保护压强（3.0x104一4.5 x 104 Pa） ➢气体（氦气、氩气） ➢激光脉冲时间间隔 （间隔越短， 产率越高） ➢激光脉冲功率（功率↑，直径↓）
按形态分：
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
7
其他异型
背景介绍
纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射 孔结构及比表面积 电子衍射 拉曼光谱
8
背景介绍
碳纳米管的表征
碳纳米管的原始状态：团聚状态，束状
9
背景介绍
碳纳米管的表征
有机DMF（N，N-二甲基甲酰胺）中超声分散后碳纳米 管的SEM（左）与TEM（右）
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米 管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs），与多壁管相比， 单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围 小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
碳纳米管的生产方法简介
➢ 石墨电弧法 ➢浮动催化法 （即碳氢化合物催化分解法，又称CVD法） ➢激光蒸汽法 ➢燃烧火焰法
11
石墨电弧法：
基本原理： 电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。
氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并 与其成一定角度 电极角度可控可半连续制 备
13
化学气相沉积法（CVD）
➢特点：
设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上
➢常用气体：
甲烷、一氧化碳、苯等
➢催化剂：
Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物
14
激光蒸发法
影响因素： ➢催化剂 ➢保护压强（3.0x104一4.5 x 104 Pa） ➢气体（氦气、氩气） ➢激光脉冲时间间隔 （间隔越短， 产率越高） ➢激光脉冲功率（功率↑，直径↓）
按形态分：
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
7
其他异型
背景介绍
纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射 孔结构及比表面积 电子衍射 拉曼光谱
8
背景介绍
碳纳米管的表征
碳纳米管的原始状态：团聚状态，束状
9
背景介绍
碳纳米管的表征
有机DMF（N，N-二甲基甲酰胺）中超声分散后碳纳米 管的SEM（左）与TEM（右）
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米 管（SWNTs）和多壁碳纳米管（MWNTs），与多壁管相比， 单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围 小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
碳纳米管的应用ppt课件
11
导电材料
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
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
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。
12
储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，
它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致 温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和 运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。
最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材 料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结 构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性 炭而言，具有更大的氢气吸附能力。
14
储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，
无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经
历充放电不发生化学作用。因此， 数据保存在这样的一个存储器中 可以拥有更长的保存时间。
15
四、碳纳米管的新应用发现
麻省理工大科学家发现，在电池一 端电极使用含碳纳米管可以比现在 的锂电池蓄存更多的电力 。这种电 池在充电效率及蓄电能力远比目前 最高端的锂电池更优良。科新研发 的含碳纳米管电池进行1000次充 放电实验。结果在经历1000次充 放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未
9
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 隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米 管对红外和电磁波有隐身作用。
10
超级电容器 作为电双层电容电极材料，要
导电材料
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
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
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。
12
储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，
它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致 温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和 运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。
最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材 料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结 构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性 炭而言，具有更大的氢气吸附能力。
14
储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，
无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经
历充放电不发生化学作用。因此， 数据保存在这样的一个存储器中 可以拥有更长的保存时间。
15
四、碳纳米管的新应用发现
麻省理工大科学家发现，在电池一 端电极使用含碳纳米管可以比现在 的锂电池蓄存更多的电力 。这种电 池在充电效率及蓄电能力远比目前 最高端的锂电池更优良。科新研发 的含碳纳米管电池进行1000次充 放电实验。结果在经历1000次充 放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未
9
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 隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米 管对红外和电磁波有隐身作用。
10
超级电容器 作为电双层电容电极材料，要
新材料概论碳纳米管课件
通过化学或物理方法对碳纳米管进行改性， 以提高其分散性和界面稳定性。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
环保与可持续性
在合成和使用过程中，考虑碳纳米管的环保 和可持续性问题也正在成为研究热点。
05
碳纳米管的生产与市场产主要采用气相沉积、电弧放 电和激光脉冲等方法。其中，气相沉积法具 有生长速度快、纯度高、可大规模生产等优 点，但设备成本较高。电弧放电法和激光脉 冲法具有设备简单、成本低等优点，但产量 较低。
02 将不同性能的材料进行复合，实现材料的多功能特性
，如强度、韧性、耐磨性、导电性、导热性等。
多功能复合材料应用
03
将多功能复合材料应用于不同的领域，如航空航天、
汽车、能源、生物医学等。
新兴应用领域拓展
01
新一代信息技术
发展新型电子器件、光电器件、 传感器的应用，推动信息技术领 域的创新发展。
02
化学稳定性
碳纳米管在大多数化学环境下都具 有很好的稳定性，使其在化学反应中 具有很好的应用前景。
挑战与瓶颈
01
生产与合成难度
碳纳米管的制备和合成仍存在一 定的挑战，其大规模生产和成本
控制是当前的研究重点。
03
界面稳定性差
在某些应用中，碳纳米管的界面 稳定性较差，可能会影响其性能
。
02
分散与纯化问题
其他制备方法
总结词
其他制备碳纳米管的方法
VS
详细描述
除上述方法外，还有许多其他制备碳纳米 管的方法，如燃烧合成法、溶胶凝胶法等 。这些方法各有优缺点，可根据实际需求 选择合适的方法。
03
碳纳米管的应用领域
纳米电子器件
碳纳米管在制造纳米电子器件方面具有高导电性和稳定性，可以用于制造高灵敏 度的场效应晶体管、逻辑电路和存储器等。
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
匀混合后可用于固相热解法。
.
一般说来，碳源的选择不影响产物的性质，但是 对碳纳米管的成长速率有一定的影响。不同的碳 源，分解温度不同，因而热传导率也不同。另外， 在反应中加入一些生长促进剂(如硫、磷、唾吩等) 可以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。 此外，载体法中随着碳源的分解，碳的浓度和压 强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时，便开 始在催化剂颗粒上沉积成核，开始碳纳米管的生 长。所以与其它方法相比，载体催化热解法能充分 利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。
场对碳管的开口生长起稳定作用并诱导碳纳
米管生长。而Zhang等认为，电弧条件下的 CNTs生长是阴极上的场发射结构与等离子体
相互作用的结果。Satio等认为电场的静电引 力是碳纳米管生长的原因，在电场力作用
下，液态的小微粒呈椭圆形，并沿着电场作 .
用方向生长。
➲ 电弧法制备碳纳米管的生长机理 在观察电弧法制备的纳米管结构时发现，很 难用闭口模型生长机理来解释其结构的形成， 例如：闭口生长模型不可能解释为什么在多壁 的生长过程中内层的长度和外层的不同。另 外，在如此高温下，碳管沿径向和轴向同时生 长，所有的同轴碳管将瞬间形成，表明这种生 长更倾向于开口生长。
超声震荡2h后，在N2(压力200kPa)中磁力搅 拌下微孔过滤，大部分的金属纳米粒子和碳纳 米球都进人滤液而被除去，最后所得SWNTs 的纯度>90%。与此同时，Shelimov等发现 结合超声振荡技术和微量过滤方法，可将由激 光蒸发法制备出的SWNTs从含有无定形碳、 石墨多面体和金属催化剂微粒等杂质的产物中 有效地分离出来。在过滤过程中，超声技术的 引人可以防止过滤器受到污染，同时还可以保 持一个充分分散的碳纳米管与纳米颗粒共存的 悬浮液环境。由于起始原料的不同，这种方法 可以得到产率为30%~70%、纯度>90%的单 壁碳纳米管，由于超声. 展荡的切割作用，纯化
.
一般说来，碳源的选择不影响产物的性质，但是 对碳纳米管的成长速率有一定的影响。不同的碳 源，分解温度不同，因而热传导率也不同。另外， 在反应中加入一些生长促进剂(如硫、磷、唾吩等) 可以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。 此外，载体法中随着碳源的分解，碳的浓度和压 强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时，便开 始在催化剂颗粒上沉积成核，开始碳纳米管的生 长。所以与其它方法相比，载体催化热解法能充分 利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。
场对碳管的开口生长起稳定作用并诱导碳纳
米管生长。而Zhang等认为，电弧条件下的 CNTs生长是阴极上的场发射结构与等离子体
相互作用的结果。Satio等认为电场的静电引 力是碳纳米管生长的原因，在电场力作用
下，液态的小微粒呈椭圆形，并沿着电场作 .
用方向生长。
➲ 电弧法制备碳纳米管的生长机理 在观察电弧法制备的纳米管结构时发现，很 难用闭口模型生长机理来解释其结构的形成， 例如：闭口生长模型不可能解释为什么在多壁 的生长过程中内层的长度和外层的不同。另 外，在如此高温下，碳管沿径向和轴向同时生 长，所有的同轴碳管将瞬间形成，表明这种生 长更倾向于开口生长。
超声震荡2h后，在N2(压力200kPa)中磁力搅 拌下微孔过滤，大部分的金属纳米粒子和碳纳 米球都进人滤液而被除去，最后所得SWNTs 的纯度>90%。与此同时，Shelimov等发现 结合超声振荡技术和微量过滤方法，可将由激 光蒸发法制备出的SWNTs从含有无定形碳、 石墨多面体和金属催化剂微粒等杂质的产物中 有效地分离出来。在过滤过程中，超声技术的 引人可以防止过滤器受到污染，同时还可以保 持一个充分分散的碳纳米管与纳米颗粒共存的 悬浮液环境。由于起始原料的不同，这种方法 可以得到产率为30%~70%、纯度>90%的单 壁碳纳米管，由于超声. 展荡的切割作用，纯化
碳纳米管的制备与应用 ppt课件
墨电弧法制备纳米碳管装置图
12
3.1 电弧法
复合电极电弧催化
掺有过渡金属其氧化物（如Fe, Co, Ni, Mo等）的石墨为电极
优势： 产物为SWNTs 副产物少 纯度高
催化剂粉末
劣势：产物中掺有少 量催化剂
复合电极电弧催化制备纳米碳管装置图 1.冷却水 2.真空 3.氦气
ppt课件
13
10nm
单壁碳纳米管束
ppt课件 SCIENCE VOL. 273 26 JULY115 996
3.3.1 化学气相沉积法（CVD）
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的 温度 (500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、 苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管
优势：产量大 生产方法简单 重复性高
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
16-60 ~2
碳纳米管西装 ——防弹衣
ppt课件
7
2 碳纳米管的应用
在电磁学领域的应用
金纳米团簇-多壁 碳纳米管修饰电极
碳纳米管电 化学传感器
ppt课件
8
2 碳纳米管的应用
在催化剂材料领域的应用
在储氢材料领域领域的应用
chiral型SWNT5
1 碳纳米管的结构与特性
多壁碳纳米管 可视为“同轴多层碳圆柱体的组装体”– Russian doll 层间距~0.34 nm 多层碳圆柱体间由弱的Van de Waals力提供绑缚力
单壁碳纳米管 SWNTs
多壁碳纳米管 MWNTs
ppt课件
6
2 碳纳米管的应用
在力学领域的应用
12
3.1 电弧法
复合电极电弧催化
掺有过渡金属其氧化物（如Fe, Co, Ni, Mo等）的石墨为电极
优势： 产物为SWNTs 副产物少 纯度高
催化剂粉末
劣势：产物中掺有少 量催化剂
复合电极电弧催化制备纳米碳管装置图 1.冷却水 2.真空 3.氦气
ppt课件
13
10nm
单壁碳纳米管束
ppt课件 SCIENCE VOL. 273 26 JULY115 996
3.3.1 化学气相沉积法（CVD）
利用纳米尺度的过渡金属或其氧化物为催化剂，在相对较低的 温度 (500-1200℃)下热解碳源气体(甲烷、乙炔、乙烯、丙烯、 苯和一氧化碳等)来合成碳纳米管
优势：产量大 生产方法简单 重复性高
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
16-60 ~2
碳纳米管西装 ——防弹衣
ppt课件
7
2 碳纳米管的应用
在电磁学领域的应用
金纳米团簇-多壁 碳纳米管修饰电极
碳纳米管电 化学传感器
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8
2 碳纳米管的应用
在催化剂材料领域的应用
在储氢材料领域领域的应用
chiral型SWNT5
1 碳纳米管的结构与特性
多壁碳纳米管 可视为“同轴多层碳圆柱体的组装体”– Russian doll 层间距~0.34 nm 多层碳圆柱体间由弱的Van de Waals力提供绑缚力
单壁碳纳米管 SWNTs
多壁碳纳米管 MWNTs
ppt课件
6
2 碳纳米管的应用
在力学领域的应用
碳纳米管的结构PPT课件
第10页/共43页
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
★石墨层间化合物的功能与应用
石墨层间化合物的性质因嵌入物不同、阶数不同而不同，因而其 功能及应用是多方面的，主要可用于: 轻型高导电材料、电极材料、 新型催化剂、固体润滑剂、贮氢及同位素分离材料、防水防油剂等。
电极材料
石墨间隙化合物的电阻比石墨本身还低，在垂直方向降低了约10倍，沿石墨
碳纤维增强复合材料作结构材料, 可作飞机的尾翼或副翼, 通信卫星的天线系统和导波管、航天飞机的货舱门、燃料箱、 助推火箭的外壳。在建筑方面，可作碳纤维增强水泥地板，并 有取代钢筋的可能性。
作为非结构材料, 碳纤维复合材料可作密封材料、耐磨材料、 隔热材料、电极材料。
在原子能工程上用碳纤维－石墨复合材料作铀棒的幕墙材 料, 不仅可以防止铀棒的辐射变形, 使其对中子的吸收截面变小, 反射中子能力增强, 而且在光氧条件下能耐3000 ℃以上的高温。
碳纤维复合材料可作优质的化工容器、设备或零部件。 将碳纤维进行活化处理，得到活性碳纤维，是已知的比表 面积最大的物质之一(2500 m2·g－1)，被称为第3代活性炭，作为 新型吸附剂具有重要的应用前景。 在医学上，碳纤维增强型塑料是一种理想的人工心肺管道 材料，也可作人工关节、假第肢16、页/假共4牙3页等。
性能的优点(而一般的石墨存在润滑性能下降的缺陷)。这是由于氟化石墨的层面由C －F键构成，其表面能极小，容易滑动之故。
贮氢及同位素分离材料 钾、铷、铯等碱金属的石墨层间化合物在一定温度下能化学或物理吸附氢。如
C8K吸附氢生成C8KHx(0≤x≤2)，且离解温度及离解能低，吸附与解吸完全可逆，达 平衡的时间短，因而可作贮氢材料。更有趣的是这种吸附对氢、氖、氖有选择性， 因而可用于氢同位素分离，其H2－D2及H2－HT分离系数都高于硅酸盐系离子交换 体系。
神奇的储氢材料――碳纳米管PPT课件
目前的储氢材料都不能满足这一要求。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
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。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
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。
碳纳米管的制备与纯化-李玲玲ppt课件
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14
采用CVD法可以制备碳纳米管阵列，这也是 CVD法的一大优势。尽管CVD法制备的碳纳米 管会有一些缺陷，但是通过.高温热处理就能改 善碳纳米管的结构。相对于前两种方法，化学
碳原子数目必须是偶数，气相沉积法则由于其
设备简单，反应温度低，操作方便，反应过程
易控以及能大量制备而成为了目前最常用的方 法。按照催化剂加入或存在方式又可分为3种方 法:基体法、喷淋法、悬浮法。
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29
用方向生长。
➲ 电弧法制备碳纳米管的生长机理 在观察电弧法制备的纳米管结构时发现，很难 用闭口模型生长机理来解释其结构的形成，例 如：闭口生长模型不可能解释为什么在多壁的 生长过程中内层的长度和外层的不同。另外， 在如此高温下，碳管沿径向和轴向同时生长， 所有的同轴碳管将瞬间形成，表明这种生长更 倾向于开口生长。
电极而形成自由碳原子，在温度低的阴极表
面上沉积。阴极表面较高的电压降产生的电
场对碳管的开口生长起稳定作用并诱导碳纳
米管生长。而Zhang等认为，电弧条件下的
CNTs生长是阴极上的场发射结构与等离子体
相互作用的结果。Satio等认为电场的静电引
力是碳纳米管生长的原因，在电场力作用
下，液态的小微粒呈椭圆形，并沿着电场作
开口结构特征，可以成 功地解释碳纳米管的螺旋性.
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28
➲ 电场诱导生长模型
Smalley认为，在电弧放电条件下，两电极间
充满浓度很高的等离子体，对两电极空间起
屏蔽效应。阳极由于受到电子轰击和等离子
体辐射，其温度很高(比阴极要高)，蒸发石墨
管管束。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
碳纳米管简介PPT课件
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应用领域
➢ 储氢材料
室温、1bar压力下，SWNT可储氢5-10wt%，MWNT则为14wt% 可逆储/放氢量~5 wt%，迄今为止最好的储氢材料 嵌入碱金属后，能极大地提高储氢性能
➢ 催化剂载体
比表面积大，表面原子与总原子比率可高达50％ 气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍
AFM image
CNT电性能测试装置（左） 电性能测试结果（右）
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➢ 热性能
性能
热稳定性 真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC 热导率 理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1
❖ 单根MWNT（直径14nm）的热导性测 试结果
❖ 插图为用于热导性测试的微器件，标 尺为10μm
率较低
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合成方法
➢激光烧蚀法（Laser Ablation）
惰性气氛中，利用激光的高能量蒸发石墨靶（含金属催化剂）来合成碳纳米管 可生产SWNT和MWNT 所得碳纳米管品质高，结构完整，缺陷较少，适合生长SWNT 成本高，收率低
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合成方法
➢化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）
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分类
▪ 碳纳米管按照石墨烯片的 层数分类可分为：
▪ 单壁碳纳米管（ SWNT） 多壁碳纳米管（MWNT）
▪ 碳纳米管依其结构特征可 以分为三种类型：
A:扶椅式单壁碳纳米管
B:锯齿形单壁碳纳米管
C:手性单壁碳纳米管
D:螺旋状碳纳米管
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性能
➢ 力学性能
杨氏模量 1~5 TPa，与石墨片层相当(1.06TPa)，
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2
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子 显微镜专家Iijima（饭岛澄男）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。
• 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别 为tube0s.7）5～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes
• 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(0～.3540n不m)等相，当层。间多距壁为管0的.34典±型0.直01径nm和，长与度石分墨别层为间2～距 30nm和0.1～50μm。
ppt课件
other
表现半导体性
ppt课件
a=0.144nm* 3
在石墨中，C-C键长是0.142nm； 在碳纳米管中，C-C键长为 0.144nm。
16
按手性分分类：
在晶体学中，只靠平移和旋转操作 无法使自身完全重合的晶体称为手 性型晶体。
按手性分类，碳纳米管可以分为非 手性型（对称型）和手性型（非对 称型），其中手性碳纳米管又被称 为“螺旋式”碳纳米管；非手性型 碳纳米管又可以分为“椅式”和 “锯齿式”两种。
ppt课件
9
碳纳米管结构形态
普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
ppt课件
螺旋型
其他异型
10
碳纳米管的分类
(n,n)
(n,0)
根据碳纳米管中碳六边形网格 沿轴向的不同取向，可将其分 为扶手椅型，锯齿型和螺旋型 三种(如图所示)。
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
（a）(4,2)碳纳米管未卷曲的蜂窝状晶格结构，碳管的螺旋矢量Ch由矢量OA确定，平移
矢量T由矢量OB确定，方框OAB′B表示碳管的一个晶胞；
（b）(4,2) 碳纳米管示意图，平ppt移课件矢量T也在图上标出.
14
每个单壁碳纳米管都有一个特定的螺旋矢量Ch，它的表示如下： Ch = na1 + ma2 其中，a1、a2为基矢，n、m为整数。 如图所示，通过卷曲使晶格O点(0,0)和任意等价晶格A点(n, m)重合， 就可以得到一个无缝碳原子的圆柱面。
(b) 七边形的引入导致六边 形网格平面负向弯曲
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Y-型结构的碳纳米管
ppt课件
18
各种基于碳纳米管的结
分子结(Intramolecular Junction) 是 指通过在单壁碳纳米管中引入一对五边 形-七边形缺陷将两段或多段 单壁碳纳米管连接起来而形成的结。
碳纳米管有金属型(简记为M)和半导体 型(简记为S)两种之分，因此组合起来 就可能有MM、MS和SS三种分子结。 研究发现：MS分子结有着非线性的I-V 特性，好像一个整流二极管；而MM分 子结表现出的电导对温度呈a次方依 赖关系。
二维石墨片层按不同方向卷曲形成的 不同结构的碳纳米管
ppt课件
11
单层碳纳米管的图例
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽， 是由适当数目和位置的五边形和六边形构成
ppt课件
12
不同类型的碳纳米管的标定及其结构示意图
First papers about SWCNT
ppt课件
5
ppt课件
6
多层碳纳米管的图例
双层碳纳米管
ppt课件
多层碳纳米管
7
ppt课件
8
碳纳米管结构简介
• 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同 轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子 网格组成。
• 根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳 纳米管；
ppt课件
3
First paper about carbon nanotubes
Sumio Iijima: “Helical microtubles of graphitic carbon” Nature, 354 (1991), 56.
S. Iijima （飯島澄男）
ppt课件
Y. Ando（安藤義則） 4
ppt课件
13
单壁碳纳米管可以看成石墨烯卷曲而成的空心圆柱体。 如果定义a1和a2为石墨烯的基矢，则可利用两个参数m和n描述特定的碳 纳米管，由此可以得到碳纳米管的许多重要物理量，包括直径、螺旋角、 卷曲类型、导电性质、态密度、单位体积原子数等等。
单壁碳纳米管的直径一般较小，故圆周方向（径向截面）上的碳原子着通 常很少（10～40个），但是沿圆柱轴向的长度大得多，通常可以达到微 米数量级。
ppt课件
Armchair (n,m)=(5,5)
17
Zigzag (n,m)=(9,0)
不规则结构的碳纳米管
碳纳米管表面的结构主要以 六边形为主，在产生拓扑缺 陷的位置会出现五边形或七 边形。
实验观察到碳纳米管表
面的六边形网格中若出现五 边形或七边形，就会产生不 规则结构。
(a)五边形的引入导致六边形 网格平面正向弯曲；
矢量OA即为螺旋矢量Ch。 Ch与基矢a1可以决定一个角度，即所谓的螺旋角θ。
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Ch = n a1 + m a2
碳纳米管横切面周长-L
Ch
碳纳米管的直径-dt
La
dt
n2 nm m2
tg 1 3m 2n m
n m 3q, q是整数 表现金属性
碳纳米管介绍
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从碳60到碳纳米管（CNT）
C60分子被看作是碳材料的零维形式
C60及富勒烯化合物
1985年英国Sussex大学的Kroto教 授和美国Slice大学的Smalley教授 发现
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碳纳米管是碳材料的一维形式
碳纳米管（CNTs）
1991年，日本科学家饭岛 （Iijima）发现，在《Nature》 发表文章公布了他的发现成果， 这是碳的又一同素异型体。
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子 显微镜专家Iijima（饭岛澄男）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。
• 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别 为tube0s.7）5～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes
• 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(0～.3540n不m)等相，当层。间多距壁为管0的.34典±型0.直01径nm和，长与度石分墨别层为间2～距 30nm和0.1～50μm。
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other
表现半导体性
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a=0.144nm* 3
在石墨中，C-C键长是0.142nm； 在碳纳米管中，C-C键长为 0.144nm。
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按手性分分类：
在晶体学中，只靠平移和旋转操作 无法使自身完全重合的晶体称为手 性型晶体。
按手性分类，碳纳米管可以分为非 手性型（对称型）和手性型（非对 称型），其中手性碳纳米管又被称 为“螺旋式”碳纳米管；非手性型 碳纳米管又可以分为“椅式”和 “锯齿式”两种。
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碳纳米管结构形态
普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
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螺旋型
其他异型
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碳纳米管的分类
(n,n)
(n,0)
根据碳纳米管中碳六边形网格 沿轴向的不同取向，可将其分 为扶手椅型，锯齿型和螺旋型 三种(如图所示)。
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
（a）(4,2)碳纳米管未卷曲的蜂窝状晶格结构，碳管的螺旋矢量Ch由矢量OA确定，平移
矢量T由矢量OB确定，方框OAB′B表示碳管的一个晶胞；
（b）(4,2) 碳纳米管示意图，平ppt移课件矢量T也在图上标出.
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每个单壁碳纳米管都有一个特定的螺旋矢量Ch，它的表示如下： Ch = na1 + ma2 其中，a1、a2为基矢，n、m为整数。 如图所示，通过卷曲使晶格O点(0,0)和任意等价晶格A点(n, m)重合， 就可以得到一个无缝碳原子的圆柱面。
(b) 七边形的引入导致六边 形网格平面负向弯曲
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Y-型结构的碳纳米管
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各种基于碳纳米管的结
分子结(Intramolecular Junction) 是 指通过在单壁碳纳米管中引入一对五边 形-七边形缺陷将两段或多段 单壁碳纳米管连接起来而形成的结。
碳纳米管有金属型(简记为M)和半导体 型(简记为S)两种之分，因此组合起来 就可能有MM、MS和SS三种分子结。 研究发现：MS分子结有着非线性的I-V 特性，好像一个整流二极管；而MM分 子结表现出的电导对温度呈a次方依 赖关系。
二维石墨片层按不同方向卷曲形成的 不同结构的碳纳米管
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单层碳纳米管的图例
Armchair (n,n) Zig-Zag (n,0) Chiral (n,m) nm
SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽， 是由适当数目和位置的五边形和六边形构成
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不同类型的碳纳米管的标定及其结构示意图
First papers about SWCNT
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多层碳纳米管的图例
双层碳纳米管
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多层碳纳米管
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碳纳米管结构简介
• 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同 轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子 网格组成。
• 根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳 纳米管；
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First paper about carbon nanotubes
Sumio Iijima: “Helical microtubles of graphitic carbon” Nature, 354 (1991), 56.
S. Iijima （飯島澄男）
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Y. Ando（安藤義則） 4
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单壁碳纳米管可以看成石墨烯卷曲而成的空心圆柱体。 如果定义a1和a2为石墨烯的基矢，则可利用两个参数m和n描述特定的碳 纳米管，由此可以得到碳纳米管的许多重要物理量，包括直径、螺旋角、 卷曲类型、导电性质、态密度、单位体积原子数等等。
单壁碳纳米管的直径一般较小，故圆周方向（径向截面）上的碳原子着通 常很少（10～40个），但是沿圆柱轴向的长度大得多，通常可以达到微 米数量级。
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Armchair (n,m)=(5,5)
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Zigzag (n,m)=(9,0)
不规则结构的碳纳米管
碳纳米管表面的结构主要以 六边形为主，在产生拓扑缺 陷的位置会出现五边形或七 边形。
实验观察到碳纳米管表
面的六边形网格中若出现五 边形或七边形，就会产生不 规则结构。
(a)五边形的引入导致六边形 网格平面正向弯曲；
矢量OA即为螺旋矢量Ch。 Ch与基矢a1可以决定一个角度，即所谓的螺旋角θ。
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Ch = n a1 + m a2
碳纳米管横切面周长-L
Ch
碳纳米管的直径-dt
La
dt
n2 nm m2
tg 1 3m 2n m
n m 3q, q是整数 表现金属性
碳纳米管介绍
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从碳60到碳纳米管（CNT）
C60分子被看作是碳材料的零维形式
C60及富勒烯化合物
1985年英国Sussex大学的Kroto教 授和美国Slice大学的Smalley教授 发现
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碳纳米管是碳材料的一维形式
碳纳米管（CNTs）
1991年，日本科学家饭岛 （Iijima）发现，在《Nature》 发表文章公布了他的发现成果， 这是碳的又一同素异型体。