国产5nm碳纳米管研究新突破
碳纳米管材料
碳纳米管材料的性能
电学性能
但是目前人们在制备碳纳米管时， 目前还无法按照所需的要求制备出具 有特定电学特性的碳纳米管[23]。仅这 一点，就使得碳纳米管在纳米电子学 的应用中仍然存在着一些必须尽早解 决的问题。为了改变这种状况，人们 正采用半导体材料改性的同样方法， 通过化学掺杂的方式来制备n 型或p 型的碳纳米管，以求控制和改变碳纳 米管的电子学特性。
碳纳米管材料的性能
力学性能
弹性：与金刚石的三维结构不同，碳 纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具 有相当好的弹性[ 18 ]。通常碳纳米管 发生很大的拉伸变形，只要不发生原 子共价键发生断裂，通常碳纳都能完 全恢复到原来的状态[ 19]。实验表明碳 纳米管在拉升达原来长度的136%时 仍 然可以恢复到原来的样子[20]。而且 即使受到了很大的外加应力，碳纳米 管也不会发生脆性断裂 。
其中制备碳纳米管最为主 要的有三种方法，分别为：电 弧放电法、激光蒸发法和化学 气相沉积法(CVD)。其他还有热 解聚合物法、电解法、太阳能 法。
碳纳米管材料的制备
1石墨电弧法
最早制备CNTs的工艺方法是石墨电弧法，电弧实质上是一 种气体放电现象，其主要工艺是在真空反应室中充惰性气体(He、 NH4)，采用较细石墨棒作为阳极，粗大的石墨棒作为阴极，在 电弧放电的过程和高温的条件下，固体碳源蒸发并进行结构重 排，阳极石墨被蒸发消耗的同时阴极石墨上会沉积CNTs，从而 生产出CNTs。Iijima在1991年就是利用此法制各出的CNTs：石 墨电弧法具有简单快速的特点，而且所制各的CNTs管直，石墨 化程度高，但该法所产生的CNTs缺陷较多，而且CNTs烧结成束， 束中夹杂很多非晶态杂质。
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组长：计俊 小组成员：卜力敏、陆唯一、谢颍洁、 朱晨、李骏、李康斌
碳纳米管材料应用的调研
碳纳米管材料应用的调研
史国庆
【期刊名称】《产业创新研究》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】碳纳米管的径向尺寸可达到纳米级,它的轴向尺寸可以达到微米级,管的两端是密封的,是独特的一维量子材料。
优质的多层碳纳米管由碳原子按六边形方式布局构建而成,层与层之间维持约0.34nm的距离,直径通常在2—20nm范围内。
碳纳米管兼具了碳材料的优良性能,同时它还具有金属的导电及导热特性、具有与陶瓷材料的耐热及耐腐蚀特性、具有与纺织纤维类似的编织性能和轻质、容易加工等优点,是一类极具潜力的高强碳纤维材料。
碳纳米管(CNTS)是一种兼具高强度、高弹性、抗疲劳性及各向同性的复合材料,有望实现其性能的跨越式发展。
【总页数】3页(P94-96)
【作者】史国庆
【作者单位】中通服咨询设计研究院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TB3
【相关文献】
1.动物丝蛋白及高聚物/碳纳米管复合材料在生物医用材料上的应用
2.磁性吸附碳纳米管复合材料在吸波材料中的应用及展望
3.XNBR纳米复合材料在设计水声传
感器中的应用:碳纳米管对材料动态力学性能和形态学的影响4.碳纳米管及其复合材料在锂离子电池中的应用综述5.碳纳米管基电热材料的结构设计与应用
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碳纳米管吸附性能的研究.
摘要炭吸附材料由于具有较大的比表面积，稳定的物理、化学性质，具有较强的吸附性能，已成为最具代表性的一类空气净化材料。
碳纳米管具有一些独特的性质，如特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等。
因此碳纳米管自出现以来即引起关注并广泛应用于诸多科学领域。
碳纳米管（CNTs）由于具有较大的比表面积，因此具有良好的吸附能力，现在已经被应用于储氢及吸附剂等领域。
本次研究主要是针对CNTs的吸附能力，通过KOH活化的方法进一步增大CNTs的比表面积，进行甲基橙吸附实验并探索活化需要的最佳碱炭比，之后通过改变其它因素如震荡时间及CNTs的用量进一步探究CNTs的吸附能力。
关键词：吸附材料；碳纳米管；活化；AbstractCarbon adsorption material has larger specific surface area, stable physical and chemical properties, with strong adsorption properties, has become a kind of the most representative materials of air purification. Carbon nanotubes have some unique properties, such as special conductive properties, mechanical properties and physical and chemical properties. Therefore carbon nanotubes since there has caused concern and that is widely used in many fields of science.As Carbon nanotubes (CNTs) has a larger surface area, it has a good adsorption capacity, has now been applied to the field of hydrogen storage and adsorbent.This study focuses on the adsorption capacity of CNTs. Using the KOH activation method increase the specific surface area of CNTs. For methyl orange adsorption experiments and explore the best alkali activated carbon ratio required. Then chang other factors such as the shock time and the amount of CNTs to further explore the adsorption capacity of CNTs.Keywords: Adsorption material; Carbon nanotubes; Activation;目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2本文研究的内容和意义 (2)1.2.1实验研究的主要内容 (2)1.2 .2研究意义 (2)1.3碳纳米管的结构与特性 (2)1.3.1碳纳米管的结构 (2)1.3.2碳纳米管的吸附特性 (3)1.4碳纳米管的纯化 (4)1.5碳纳米管的活化 (5)2碳纳米管的KOH活化实验 (7)2.1活化实验方案设计 (7)2.2仪器与试剂 (7)2.3实验内容及过程 (7)2.4实验误差分析 (8)3碳纳米管吸附甲基橙实验 (10)3.1甲基橙吸附实验目的 (10)3.2仪器与试剂 (10)3.3实验内容及过程 (10)3.4数据分析及实验结论 (11)4其它因素对甲基橙吸附的影响 (15)4.1震荡时间对吸附效果的影响 (15)4.2碳纳米管用量对吸附效果的影响 (17)5结论 (19)致谢 (21)参考文献 (22)1绪论1.1课题研究背景随着室内装修的不断升温，各种建筑材料的广泛应用，由此引发的室内空气污染越来越受到人们的关注，其中主要的污染物为来源于油漆、胶合板、刨花板、内墙涂料、塑料贴面等材料中的甲醛、苯、VOC(Volatile Organic Compounds)等挥发性有机物。
碳纳米管
(B)热解法：这种方法也很简单，将一块基板放 进加热炉里加热至600℃，然后慢慢充入甲烷 一类的含碳气体。气体分解时产生自由的碳原 子，碳原子重新结合可能形成碳纳米管。
优点：最容易实现产业化，也可能制备很长的 碳纳米管。
缺点：制得的碳纳米管是多壁的，常常有许多 缺陷。与电弧放点法制备的碳纳米管相比，这 种碳纳米管抗张强度只有前者的十分之一。
初步估算，碳纳米管的强度大概是钢的100倍。 Lieber运用STM技术测试了碳纳米管的弯曲强度， 证明碳纳米管具有理想的弹性和很高的硬度。因此 用碳纳米管作为金属表面上的复合镀层，可以获得 超强的耐磨性和自润滑性，其耐磨性要比轴承钢高 100倍，摩擦系数为0.06～0.1，且还发现该复合镀层 还具有高的热稳定性和耐腐蚀性等性能。
（C）浓硝酸氧化法
将碳纳米管加入到浓硝酸中搅拌，超声波分散 后加热回流处理。自然冷却后用蒸馏水稀释、 洗涤至中性，经真空干燥、研磨后既得到纯化 处理的碳纳米管[14]。
优点：经过适当浓度硝酸氧化处理一定时间的 CNTs，其基本结构未发生本质变化，而表面 活性基团显著增加，在乙醇中分散浓度、均匀 性、稳定性得到提高，在复合材料中的分散均 匀性及与树脂的结合性能也得到相应提高。硝 酸氧化处理是CNTs表面活化的有效方法。
中美科学家在研究中对合成碳纳米管常用的化 学气相淀积方法进行了改进。改进结果显示，在化 学气相淀积过程中加入氢和另外一种含硫化合物后， 不仅能制造出更长的碳纳米管束，而且这些碳纳米 管束可由单层碳纳米管通过自我组装而有规律地排 列组成。
研究人员认为，他们的新方法作为一种更为简便 的替代工艺，也许还可以用来生产高纯度的单层碳 纳米管材料。
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用摘要碳纳米管是近年来国内外广泛关注的一类纳米材料，具有一维特征孔道结构，能够有效促进液体分子的传输速率，是理想的海水淡化膜分离材料。
通过将其引入到常用的海水淡化膜基质中，借以提高膜的分离性能，逐渐成为膜分离领域的一个研究热点。
结了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏中的应用研究现状并分析了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏应用中的挑战，探讨了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用潜力。
１碳纳米管的结构与功能Ｋｒｏｔｏ和Ｓｍａｌｌｅｙ于１９８５年首次发现了碳纳米管，直到１９９１年，由Ｉｉｊｉｍａ首次成功制备了碳纳米管。
碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯同轴缠绕而成的柱状或层套状的管状物，碳原子以ｓｐ２杂化为主并混有ｓｐ３杂化。
碳纳米管性能优异，在微电子、生物医药和聚合物复合材料加固等方面应用潜力巨大。
碳纳米管具有独特的本征空腔结构，输水能力超强，水分子在碳纳米管中的传输速度比理论计算的高出几个数量级。
Ｈｕｍｍｅｒ等采用分子动力学模拟水分子在碳纳米管中的流动行为，并提出了水分子在碳纳米管中的快速输送机理：首先，水分子在碳纳米管内部形成强力、规则的氢键，利于水分子快速通过；其次，碳纳米管内腔疏水、无极性，与水分子之间的相互作用非常弱，水分子能够无摩擦地通过碳纳米管。
Ｔｈｏｍａｓ等通过研究水分子在不同直径和长度的碳纳米管内的传输动力学，证明碳纳米管的内径对水分子的传输速度起决定作用。
随着内径的增大，水分子在碳纳米管中的构型逐渐由线性链变为堆叠五边形和六边形，最后成为无规则水流（见图１）。
当碳纳米管内径为０．８３ｎｍ时，水分子成线性链，流速达到最大。
脱盐效果优异是碳纳米管在膜分离技术应用中的另一个重要性能。
碳纳米管的内径和尺寸排阻效应与毛细管行为的临界尺寸相当，能够在内壁形成能垒，只允许水分子通过，而水合离子则需要克服能垒后通过。
碳纳米管的内径对离子截留率的影响至关重要，当内径由０．６６ｎｍ增大到０．９３ｎｍ时，脱盐率由１００％降低到９５％。
非晶碳纳米管生长研究取得新进展
美 国 Ｆ ｂ Ｒｉ 术 公 司 的 Ｋｉ ｌ ａ ｅ ｉ ｅ ｏ技 ａ Ｇｒ ｍｌｙ先 生 说 ，随 其有 着不 同于 晶体 型碳 纳米管 的应用 前景 。目前 ， 非晶碳 纳 着 生 产 力 的 提 高 和 应 用 范 围 的 扩 大 ，纳 米 纤 维 市 场 规 模 将 米 管主 要可 由化 学 气相沉 积 和 电弧放 电等 方法 制备 ，由于
ｌ 国 体 业 ２１ｏ 中 粉 工 ０ ． １Ｎ ３
对 其生 长机理 缺乏 全 面深入 的认 识 ，故 而 尚未 找到 非 晶碳 纳米 管可 控制备 的有 效手 段 。
“ 考虑 到 ２ １ 年 国 际足 联世 界杯 和 ２ １ 年夏 季奥运 会 ０４ ０６
都 将 在 拉 美 举 办 ，而 这 里 拥 有 目前 众 多 世 界 上 发 展 最 快 的 、
型离 心力纺 纱（ ｏ ｃ ｓ ｉ ｎ ｎ ） Ｆ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇ 纳米纤 维生产 的最新 进展 。 去年 Ｆｉｅ ｏ推出纳 米纤 维生产 的机械方 法 ，被称 为 ｂ Ｒｉ 新 型离心力 纺纱 （ ｏ ｃｓ ｉ ｎ ｆ ） Ｆ ｒ ｅｐ ｎ ｊｇ 。这种过程 的 目的是提高 １
Ｓ ＣＭ 金属制 品有 限公 司扩大在 华铜 粉生 产 规 模
总部位 于美 国卡莱 罗纳州 的Ｓ Ｍ 金属 制品有 限公司计 １ Ｃ 划 扩 大 在 中 国 苏 州 工 厂 的 铜 粉 生 产 规 模 ， 以 满 足 亚 洲 地 区 正 在 增 长 的 铜 粉 市 场 的 需 要 。根 据 计 划 Ｓ ＣＭ 金 属 制 品 有 限
生 产率 ， 强纳米 纤维在 大范 围产品 中的应用 。与其它现 有 加
结 果 表 明 实 验 测 试 所 得 的 直 径 范 围 与 理 论 计 算 值 能 够 很 好 有 Ｉ ｉ ｇ ｐ ｒ 的推 动 ， Ｅ Ｓｎ ａ ｏ ｅ 我们不 可能取 得这 一成就 。 ｈ ｒ ”Ｓ ｅ
碳纳米管接触电阻的研究进展
碳纳米管接触电阻的研究进展代利峰;安立宝;陈佳【摘要】与金属之间过高的接触电阻是影响碳纳米管在微纳电子器件中应用的关键因素之一，本文从形成机理和改善方法两个方面综述了近年来碳纳米管接触电阻的研究进展。
介绍了利用第一性原理对碳纳米管与金属界面电子输运性能的理论研究，以及金属功函数对界面势垒调试作用的实验研究。
研究表明金属与碳纳米管之间具有较弱的杂化作用和较长的接触长度时，接触电阻较小；金属与碳纳米管功函数越接近，势垒高度越低。
阐述了超声焊接技术、高温退火法、金属沉积法、局部焦耳热法等常用降低碳纳米管接触电阻方法的作用机理，并分析了这些方法对器件性能的改善作用。
其中局部焦耳热法操作简单、易于自动化、对器件损害小、成本低，是目前比较理想的降低碳纳米管接触电阻的方法。
%The high contact resistance of carbon nanotubes ( CNTs) with metal is one key factor that retards the application of CNTs in micro-and nano-electronics devices. This paper reviews recent research progress on the contact resistance of CNTs from two aspects, they are the formation and improvement of the CNT’ s contact resistance. Theoretical studies of the contact resistance of CNTs using the first principles and experimental investigations into the effect of metal work function on the interface barrier were introduced. Results show that the contact resistance is low when there is a weak hybrid effect and large contact length between the metal and CNTs, and the closer the work function of the metal to that of the CNTs, the lower the barrier height. The commonly used methods for improving the contact resistance of CNTs, including ultrasonic nanowelding, high temperature annealing, metaldeposition, and local Joule heating were presented, and the improvementof device performance using these methods was analysed. Among these methods, local Joule heat-ing is more ideal at present time since it is with the advantages of simple operation, high degree of automation, less device damage, and low cost.【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2016(036)005【总页数】7页(P90-96)【关键词】碳纳米管;接触电阻;第一性原理;功函数;降阻方法【作者】代利峰;安立宝;陈佳【作者单位】华北理工大学机械工程学院，河北唐山063009;华北理工大学机械工程学院，河北唐山063009;华北理工大学机械工程学院，河北唐山063009【正文语种】中文【中图分类】TN4由于理想的一维结构和独特的物理、化学性质[1-3]，碳纳米管有望被广泛应用于场效应管和传感器等各种微纳电子器件中[4]。
碳纳米管材料结构与性能的研究
碳纳米管材料结构与性能的研究中文摘要英文摘要关键词绪论研究背景碳纳米管是20世纪90年代发现的一种碳材料的一维形式，具有优良的物理化学性能。
纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出独特的电学、光学和机械特性，碳纳米管在物理、化学、信息技术、环境科学、材料科学、能源技术、生命及医学科学等领域均具有广阔的应用前景。
正是由于碳纳米管这种潜在的价值和广泛的应用前景，使有关碳纳米管材料的研究成为最受关注的研究领域之一。
纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注，它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带来了新的机遇。
碳纳米管材料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（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）。
碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。
碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。
当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。
根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k ±1，碳纳米管为半导体型。
按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。
按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。
碳纳米管的研究与应用前景
碳纳米管的研究与应用前景随着科技不断的发展，材料学也逐渐成为了一个重要的领域。
在材料学研究中，碳纳米管(CNTs)被认为是一种十分有前途的材料，因为它在力学性质、电学性质、热学性质等方面都有着出色的特性。
本文将探讨碳纳米管的研究与应用前景，希望能够为其进一步的研究提供一些参考。
一、碳纳米管的发现与基本特性碳纳米管是由碳原子构成的薄膜材料。
1985年，日本学者Sumio Iijima第一次通过透过电子显微镜发现了碳纳米管。
碳纳米管呈现为一个细长的管状结构，直径在纳米级别，长度可以达到微米级别。
碳纳米管内部空腔的直径通常在1-2nm之间，而碳纳米管壁的厚度则在0.3-0.7nm之间。
碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种类型，其中单壁碳纳米管由一层碳原子组成，而多壁碳纳米管内部有多个碳原子层，层数在2-100之间。
碳纳米管的物理特性主要包括力学性质、电学特性和热学性质。
碳纳米管的弹性模量通常在1.0-4.5 TPa之间，这是因为碳纳米管的晶格结构独特，可以承受较大的拉伸力。
碳纳米管的导电性是其重要的电学性质之一，其导电性一般比铜等金属导体要高得多。
此外，碳纳米管还具有很高的热导率，是银的5倍，铜的10倍。
因此，碳纳米管在材料学方面的应用前景非常广阔。
下面将从材料、电子学和能源等方面讨论碳纳米管的应用。
二、碳纳米管的材料应用碳纳米管在材料学方面的应用非常广泛。
其机械性能好、导热性好、导电性好、化学稳定性好等特点，使得碳纳米管成为材料学领域的研究热点。
联合国工业发展组织曾在一份报告中指出，碳纳米管可用于新一代材料的制备，广泛应用于催化、光纤、电子材料等领域。
在催化剂方面，碳纳米管的物理化学性质可以被用于催化反应。
美国斯坦福大学的科学家研究表明，碳纳米管可以用于制备高效的催化剂。
其超高表面积使得活性中心密度很高，可以得到很高的催化效率。
在电子材料方面，碳纳米管可以用于制造半导体、纳米晶体管等器件。
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(CNT)纯化研究进展
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(12), 952-956Published Online December 2020 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2020.1012114碳纳米管(CNT)纯化研究进展王白雪1，蒋姝1，陈顺才1，黄承洪21重庆轻工职业学院，重庆2重庆科技学院，重庆收稿日期：2020年11月16日；录用日期：2020年12月14日；发布日期：2020年12月21日摘要碳纳米管自被发现以来，由于其独特的分子结构与电化学特性，有望在物理、化学、生物等领域获得巨大的应用，而引起广泛的重视。
但由于规模化生产等工艺原因导致其含有较多的杂质，获得纯净的单壁(SWCNT)就显得较为困难。
本文就当前SWCNT的纯化方法包括氧化法、生物高聚物法、卟啉超分子法等纯化SWCNT进行了综述，为该领域的研究者们提供参考。
关键词碳纳米管，纯化Research Progress of Single Wall CarbonNanotubes (CNT) PurificationBaixue Wang1, Shu Jiang1, Shuncai Chen1, Chenghong Huang21Chongqing Light Industry Polytechnic College, Chongqing2Chongqing University of Science and Technology, ChongqingReceived: Nov. 16th, 2020; accepted: Dec. 14th, 2020; published: Dec. 21st, 2020AbstractCarbon nanotubes are taken more seriously importance since it was found as it has unique struc-ture and electrochemical characteristics. But, it usually carried impurities, which attributed to the inherent fabrication method of large-scale production. So, it is difficult to obtain unadulterated王白雪等CNT. This paper mainly reviews the progress of the purification of CNT by many methods including oxidation process, handling of acid, treatment of polymers and porphyrin supermolecules, etc. It aims to offer references for related researchers.KeywordsCarbon Nanotubes (CNT), PurificationThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)被发现以来就成为业界研究的热点[1]。
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。
碳纳米管在能源领域的应用研究进展
碳纳米管在能源领域的应用研究进展申永涛;张爱波【摘要】Carbon nanotubes as a new type of carbon materialshavecomplete molecular structure.On the structure,it has the special shape of hollow tubes configuration, good electrical conductivity, high specific surface area,good chemical stability, the space for electrolyte ion migration and the network structure of nanometer scale through winding and interaction. As electrode materials,itcan well improve the power characteristics, stability andother aspects of capacitorsandfuel cells. Special hollow structure and high specific surface area make itbecomea hydrogen storage material with great application potential.Inthis paper,application and research progress ofcarbon nanotubes in hydrogen storage materials, super capacitorsand fuel cellswere introduced.%碳纳米管作为一种新型的具有完整分子结构的碳材料，在结构上具有特殊的中空管状构型、良好的导电性、高比表面积、化学稳定性、适合电解质离子迁移的空隙、以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构等优点，作为电极材料可以很好的提高电容器和燃料电池的功率特性、稳定性等多方面的性能。
功能化碳纳米管的应用研究进展
Vo l .38No .12·14·化 工 新 型 材 料N EW CH EM ICA L M A T ERIA LS 第38卷第12期2010年12月基金项目:国家自然科学基金资助项目(50773018)作者简介:董振华(1982-),男,硕士研究生,研究方向为功能高分子。
联系人:朱靖。
功能化碳纳米管的应用研究进展董振华 朱 靖＊ 刘 洋 魏宏亮 楚晖娟(河南工业大学化学化工学院,郑州450001)摘 要 碳纳米管具有独特的管状结构和优异的性能,由于其表面活性、分散能力的制约,影响了碳纳米管的应用。
从共价修饰和非共价修饰两方面,介绍了目前碳纳米管功能化修饰的方法和研究状况。
从光电通信、医疗、材料等方面着重介绍了功能化修饰后的碳纳米管一些最新应用进展,展望了碳纳米管的发展与应用前景。
关键词 碳纳米管,功能化,应用Advance in application of functionalized carbon nanotubesDo ng Zhenhua Zhu Jing Liu Yang Wei Ho ng liang Chu H uijuan(Schoo l of Chemistry and Chemical Engineering ,Henan Unive rsity o f Technolog y ,Zheng zhou 450001)A bstract Carbon nano tubes (CN T s )are co nsidered as o ne o f the ideal reinfo rcements fo r nano -composites due totheir peculiar structur es and supe rio r pro pe rties .Because of its surface activ ity and dispersio n ability constraints affect the application of car bo n nanotube s .Fro m the covalent and non -cov alent modifica tion ,described the curr ent metho d of func -tional car bo n nanotubes and study the situation .A n ov erview of so me of the latest resea rch fro m the optical communica -tions ,medical ,and ma te rials mo dificatio n ,fo r the perfo rmance and applicatio n o f car bo n nano tubes .L ooking developme nt and applicatio n o f ca rbon nano tubes in the future .Key words carbon nano tube ,func tional ,applicatio n 碳纳米管(CN T s )是一种新型的碳结构材料,可以形象的认为是由石墨片按一定的螺旋度卷曲成的无缝纳米级圆筒,两端的“碳帽”由五元环和六元环封闭。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管制备方法的研究进展碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为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【1】。
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【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入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。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
功能性碳纳米管在食品与生物医学领域的应用研究进展
功能性碳纳米管在食品与生物医学领域的应用研究进展屈凌波;平亚红;李璐珩;牛亚锟;肖咏梅;杨硕晔【摘要】碳纳米管是一种新型纳米材料,因具有性能稳定、易被修饰和可进入细胞等特性,被广泛应用于食品与生物医学领域.研究表明,原始碳纳米管分散性较差,并且具有一定的毒性,对其进行功能化修饰可以改善其在溶液中的分散性.此外,随着研究的深入,碳纳米管的生物相容问题也日益受到关注.简要叙述了碳纳米管的基本结构和性能,着重强调了其在食品(如农兽药残留检测、食品添加剂检测、微生物检测、转基因食品检测等)与生物医学(如生物传感器、药物转运载体、肿瘤治疗、生物成像、生物支架等)领域的应用研究进展,并对所存在的生物相容问题进行了探讨,提出了解决的可能途径.最后,展望了碳纳米管在食品与生物医学领域的发展趋势.【期刊名称】《河南工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(040)001【总页数】7页(P113-119)【关键词】碳纳米管;食品;生物医学;功能化修饰;生物相容性【作者】屈凌波;平亚红;李璐珩;牛亚锟;肖咏梅;杨硕晔【作者单位】河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001;郑州大学,河南郑州450001;河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001;河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001;河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001;河南工业大学化学化工与环境学院,河南郑州450001;河南工业大学生物工程学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】TS2010 引言纳米科技的不断发展和应用，将对能源、材料、食品及生物医学领域产生积极的促进作用。
碳纳米材料的主要代表碳纳米管在食品与生物医学中的应用是目前研究的热点，但由于其特殊的结构和性能，在一定程度上影响生物体对其摄取，因此可能产生的生物学效应与生物相容问题也逐渐受到重视。
1 碳纳米管的基本结构和性能1991年，日本NEC实验室的Sumio Iijima首次发现了碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs），它可以视为由石墨烯片层围绕中心轴按照一定的螺旋角度卷曲而形成的无缝、中空圆柱体，在形成过程中可能会造成多种螺旋形和手性[1]。
纳米碳管的提纯方法及其优缺点
纳米碳管的提纯方法及其优缺点研究生考试试卷评分考试科目：新材料制备技术课程编号：y09521086专业：姓名:学号：纳米碳管的制备及提纯摘要：近年来碳纳米管的发展取得了相当大的进步，随着大量制备纳米碳管特别是单层纳米碳管的技术日趋成熟，进一步探索纳米碳管的物理、化学性质、提纯逐渐成为研究的重点。
本文总结了纳米碳管的制备工艺，并说明了制备纳米碳管的方法主要有电弧放电法、化学气相沉积法，热解聚合物法、气体燃烧法和激光蒸汽法等。
为了更准确地测量纳米碳管的各种性能及实现其最终的广泛应用，在继续研究制备高纯度纳米碳管技术的同时，对已有低纯度的纳米碳管原料进行分离、提纯和富集日益摆在众多研究人员的日程中来。
目前已有多种提纯纳米碳管的方法被提出，本文根据分离提纯的方式不同，归纳为化学提纯方法和物理提纯方法两大类，并分别介绍了优缺点。
关键词：纳米碳管，制备，提纯，优缺点。
1纳米碳管简介及制备方法碳纳米管，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。
层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。
由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价。
纳米管具有奇异的物理化学性能，如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、储氢能力、吸附能力和较强的微波吸收能力等，90年代初一经发现即刻受到物理、化学和材料科学界以及高新技术产业部门的极大重视。
应用研究表明，碳纳米管可用于多种高科技领域。
如用它作为增强剂和导电剂可制造性能优良的汽车防护件；用它作催化剂载体可显著提高催化剂的活性和选择性；碳纳米管较强的微波吸收性能，使它可作为吸收剂制备隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料等。
碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料，世界各国均在制备和应用方面投入大量的研究开发力量，期望能占领该技术领域的制高点。
碳纳米管的研究与应用进展
碳纳米管的研究与应用进展杨玉梅/文【摘要】自碳纳米管被发现以来，便因其结构独特、性能优异，而受到研究人员的广泛关注。
作为一种碳的同素异形体，碳纳米管独特的一维中空结构、极低的密度，决定了其具有其他材料无法比拟的机械性能、电学性质及吸附性能等。
作为一种新型的材料，碳纳米管广阔的应用前景受到各领域研究人员的青睐。
本文将介绍碳纳米管的一些研究进展与其在各领域中的应用。
【关键词】碳纳米管；研究进展；应用碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）又名巴基管，属富勒烯系，是一种具有优良光、电、热、磁和力学性能的材料。
最早是由日本电子公司（NEC）的饭岛澄男（S.Iijima）博士采用电弧放电法制备C60时，在阴极处发现直径4～30nm、长1μm的石墨管状结构，即碳纳米管，随后在Nature上报道了这种新型碳材料。
近年来，碳纳米管以其优异的性能得到了广泛的关注，并形成了碳纳米管研究的热潮。
[1]1.碳纳米管在航天器上的研究与应用[2]当前，碳纳米管的应用思路主要有三类：第一类是结构增强，第二类是轻质导电，第三类是高效热管理。
具体而言，碳纳米管在增强材料、电极材料、滤膜以及催化剂载体等方面具有较高的实用性。
碳纳米管纤维在天线、数据电缆导体、多功能织物、高频数据/模拟和射频等领域具有广泛的应用前景。
另外，采用碳纳米管纤维增强的聚合物材料(CNRP)在辐射防护、静电防护、碎片防护以及涂层热防护等方面具有显著的作用。
1.1增强结构碳纳米管轻质高强以及高长径比的特性使其在航天器结构领域展现出巨大的应用前景。
碳纳米管分散物对于金属、陶瓷、聚合物等材料都具有较好的增强作用。
研究表明，当在聚苯乙烯中添加质量分数为1%的多壁碳纳米管时，材料的弹性模量提高了36%～42%，与此同时强度提高了25%。
在复合材料中加入碳纳米管除了可增加材料的拉伸强度外，还可以降低材料的热膨胀系数，减小材料因高低温引起的变形，这对于具有高精度指向要求的卫星天线非常适用。
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国产5nm 碳纳米管研究新突破
北京大学信息科学技术学院彭练矛-张志勇课题组在碳
纳米管电子学领域进行了十多年的研究，发展了一整高性能碳纳米管CMOS 晶体管的无掺杂制备方法，通过控制电极功函数来控制晶体管的极性。
集成电路发展的基本方式在于晶体管的尺寸缩减，从而性能和集成度，得到更快功能更复杂的芯片。
目前主流CMOS 技术即将发展到10 纳米技术节点，后续发展将受到来自物理规律和制造成本的限制，很难继续提升，“摩尔定律”可能面临终结。
20 多年来，科学界和产业界一直在探索各种新材料和新原理的晶体管技术，以望替代硅基CMOS 技术。
但是到目前为止，并没有机构能够实现10 纳米的新型CMOS 器件，而且也没有新型器件能够在性能上真正超过最好的硅基CMOS 器件。
碳纳米管被认为是构建亚10 纳米晶体管的理想材料，其原子量级的管径保证了器件具有优异的栅极静电控制能力，更容易克服短沟道效应；超高的载流子迁移率则保证器件具有更高的性能和更低的功耗。
理论研究表明碳管器件相对于硅基器件来说具有5-10 倍的速度和功耗优势，有望满足后摩尔时代集成电路的发展需求。
但是已实现的最小碳纳米管CMOS 器件仅停滞在20nm 栅长（2014 年IBM ），而且性能远远低于预期。
北京大学信息科学技术学院彭练矛-张志勇课题组在碳纳米
管电子学领域进行了十多年的研究，发展了一整高性能碳纳 米管 CMOS 晶体管的无掺杂制备方法，通过控制电极功函 数来控制晶体管的极性。
彭练矛教授（左）和张志勇教授 （右）
5nm 技术节点实现突破近年来， 该课题组通过优化器件结构 和制备工艺，首次实现了栅长为 10 纳米的碳纳米管顶栅
CMOS 场效应晶体管（对应于 5纳米技术节点），P 型和n 型器件的亚阈值摆幅（ subthreshold swing, SS ）均为 70 mV/DEC 。
器件性能不仅远远超过已发表的所有碳纳米管器 件，并且更低的工作电压（0.4V ）下，P 型和n 型晶体管性 能均超过了目前最好的（ Intel 公司的 14 纳米节点）硅基
CMOS 器件在 0.7V 电压下工作的性能。
特别碳管 CMOS 晶 体管本征门延时达到了 0.062Ps ，相当于 14 纳米硅基 CMOS 器件（ 0.22Ps ）的 1/3 。
图 1：10 纳米栅长碳纳米管 CMOS 器件。
A ： n 型和 P 型器件截面图和栅堆垛层截面图； P 型和 n 型碳管器件的转移曲线以及与硅基 CMOS 器件 （Intel, 14nm, 22nm ）的对比。
D:碳管器件的本征门延时与 14nm 硅基 CMOS 对比。
课题组进一步探索 5nm 栅长（对 应3 纳米技术节点）的碳管晶体管。
采用常规结构制备的栅 长为 5 纳米的碳管晶体管容易遭受短沟道效应和源漏直接隧
穿电流影响，即使采用超薄的高 k 栅介质（等效氧化层厚度 0.8纳米），器件也不能有效地关断，SS 一般大于 课题组采用石墨烯作为碳管晶体管的源漏接触，有效地抑制B-C: 100mV/Dec 。
了短沟道效应和源漏直接隧穿，从而制备出了 5 纳米栅长的
高性能碳纳米管晶体管，器件亚阈值摆幅达到73mV/Dec 。
图2 : 5纳米栅长碳管晶体管。
A :采用金属接触的碳管晶体
管截面TEM 图，以及采用石墨烯作为接触的碳管晶体管为5 纳米的碳管晶体管的转移曲线。
性能遥遥领先传统硅器件在此基础上，课题组全面比较了碳纳米管CMOS 器件的优势和性能潜力。
研究表明，与相同栅长的硅基CMOS 器件相比，碳纳米管CMOS 器件具有10 倍左右的速度和动态功耗（能耗延时积，EDP ）综合优势，以及更好的可缩减性。
对实验数据分析表明， 5 纳米栅长的碳管器件开关转换仅有约 1 个电子参与，并且门延时达到了42fs ，非常接近进制电子开关器件的极限（40fs ），该极限由海森堡测不准原理和香农-冯诺依曼-郎道尔定律（SNL ）决定。
表明 5 纳米栅长的碳纳米管晶体管已经接近电子开关的物理极限。
SEM图；B:石墨烯作为接触的碳管晶体管示意图; C :栅长碳纳米管CMOS 器件与传统半导体器件的比较。
A: 基于碳管阵列的场效应晶体管结构示意图；B-D :碳管CMOS 器件（蓝色、红色和橄榄色的星号）与传统材料晶体管的亚阈值摆幅
（SS ），本征门延时和能量延时积的比较。
课题组研究了接触尺寸缩减对器件性能的影响，探索了器件整体尺寸的缩减。
将碳管器件的接触电极长度缩减到25 纳米，在保证器件性能的前提下，实现了整体尺寸为60 纳米的碳纳米管晶体管，并且成果演示了整体长度为240 纳米的碳管
CMOS 反相器，这是目前实现的最小纳米反相器电路。