碳纳米管(CNTs)
CNTs的制备和应用研究
CNTs的制备和应用研究碳纳米管（CNTs）是一种新型的纳米材料，其具有高强度、高导电性、高导热性、高比表面积等特点，因此在诸多领域具有广泛的应用前景。
本文将简要介绍CNTs的制备及其在材料学、电子学、化学和生物学等方面的应用研究。
一、CNTs的制备方法碳纳米管有两种基本的制备方法：化学气相沉积法和电弧放电法。
其中，化学气相沉积法是目前制备CNTs较为常用的方法之一，其基本原理是将碳源气体和载气体一起通过加热后的石英管，在催化剂的作用下，沉积出CNTs。
此外，CNTs的制备方法还包括溶胶-凝胶法、电子束辐照法、等离子共振化学气相沉积法等多种方法。
这些方法各有优缺点，可根据具体应用要求选择适当的制备方法。
二、CNTs的应用研究1. 材料学领域CNTs具有极高的力学强度和较高的导热性能，是一种优秀的增强材料，广泛应用于材料学领域中的复合材料、聚合物、金属基等材料的增强。
其在材料学领域的应用还包括制备高性能电极材料、高强度轻量化材料等。
2. 电子学领域由于CNTs的优秀导电性能，其在电子学领域占据着重要地位。
CNTs可制备成电子场发射器件、场效应晶体管、导电薄膜等各种电子器件，具有较高的应用潜力。
此外，CNTs还可作为电子材料衬底，对于薄膜的生长有重要的作用。
3. 化学领域CNTs在化学领域具有广泛的应用。
用CNTs制备的复合材料可作为催化剂、电催化剂、光催化剂等应用于化学反应中。
此外，CNTs还可用于吸附、检测等领域中。
4. 生物学领域由于CNTs具有纳米级空间、微米级长度的特点，可以用于生物学领域中的细胞培养、细胞成像和药物输送等应用。
CNTs的药物载体应用在肿瘤治疗上显示出非常明显的疗效，并且有望在生物学领域中实现放射性药物的靶向输送。
三、展望随着纳米技术的快速发展，CNTs的制备和应用研究也愈发活跃。
未来，CNTs有望在微纳电子、生物医学、环境保护等领域中得到更广泛和深入的应用。
同时，CNTs的研究也将面临更多具有挑战性的问题，例如针对CNTs的合适药物包装，以及新的纳米级质量控制技术等。
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。
CNTs-碳纳米管简介
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。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和热导率，因此在材料科学、纳米技术、能源存储等领域有着重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
2. 弧放电法（Arc Discharge）。
弧放电法是一种较为简单的碳纳米管制备方法，通过在高温下将碳源（如石墨）和金属催化剂（如铁、钴、镍等）放电，产生高温等离子体，从而在合成碳纳米管。
弧放电法制备的碳纳米管质量较高，但是产率较低，且需要严格控制反应条件。
3. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
4. 气相凝结法（Gas-phase Condensation）。
气相凝结法是一种通过在高温下将碳源气体（如甲烷、乙烯等）在惰性气体氛围中加热，然后通过快速冷却的方法制备碳纳米管。
在气相凝结法中，碳原子在高温下先形成团簇，然后在快速冷却的条件下形成碳纳米管。
这种方法制备的碳纳米管产率较高，但是质量相对较低。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）。
碳纳米管的应用前景及限制分析
碳纳米管的应用前景及限制分析碳纳米管 (Carbon nanotubes, CNTs) 是一种具有许多优异性能的纳米材料，它们具有高强度、高导电性、高导热性、高比表面积、储存稳定性等优异性能。
因此，碳纳米管具有广泛的应用前景，在材料科学、电子学、能源等领域得到广泛研究和应用。
本文将对碳纳米管的应用前景和限制进行分析。
一、碳纳米管在材料科学中的应用前景碳纳米管具有优异的力学性能，可以用于制备高强度、高韧性、高导电性的纤维材料、复合材料等。
由于碳纳米管的轻质、高强度和高导电性等特性，它们在制备先进材料方面具有广泛的应用前景。
例如，将碳纳米管与聚合物复合制备的纤维材料可以用于制造汽车零件、飞机结构材料等。
同时，由于碳纳米管的储存稳定性高，可以用于制备高效能的电池或超级电容器。
碳纳米管的高导电性、高比表面积和优异的催化性能还可以用于制备高效能的催化剂。
因此，碳纳米管在材料科学中具有广泛的应用前景。
二、碳纳米管在电子学中的应用前景碳纳米管具有比传统材料更小的尺寸和更高的电子运动性能，可以用于制备高速电子器件，包括晶体管、场效应晶体管、逻辑电路等。
碳纳米管电子器件不仅具有高速性能，还具有低功率、低噪声、高灵敏度等优点，可以用于制备高性能的传感器、半导体器件等。
此外，碳纳米管还具有优异的光学特性，并可用于制备光电器件，如一些比较有趣的光学器件，如碳纳米管荧光传感器、引导光纤等。
碳纳米管作为能够获得更佳性能的电子器件材料，具有广泛的应用前景。
三、碳纳米管在能源领域中的应用前景近年来，碳纳米管在能源领域中的应用受到了广泛关注。
碳纳米管具有高比表面积和优异的催化性能，可以用于制备高效率的催化剂，使燃料电池、光电转换等能源领域的设备具有更高的能量转换效率和更长的使用寿命。
此外，根据碳纳米管对液体分子的吸附运动和扩散的优异性资，可以制备复合电极，利用其对氢气、氧气等分子的吸附和催化还原反应等特性技术，快速制备锂二次电池、超级电容器等能源领域设备。
碳纳米管
e) Picture of a CNT and a polymeric sponge placed in a water bath. The CNT sponge is floating on the top while the polyurethane sponge absorbed water and sank to below the surface level. f) A CNT sponge bent to arch-shape at a large-angle by finger tips. g) A 5.5cm1 cm0.18cm sponge twisted by three round turns at the ends without breaking. h) Densification of two cubic-shaped sponges into small pellets (a flat carpet and a spherical particle, respectively) and full recovery to original structure upon ethanol absorption.
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜制备方法引言：碳纳米管（Carbon nanotubes，简称CNTs）是一种具有优异性能的纳米材料，具有高强度、高导电性、高导热性等特点，在材料科学、电子学、能源储存等领域具有广泛应用前景。
而碳纳米管膜作为碳纳米管的一种重要形态，其制备方法的研究对于碳纳米管膜的应用和性能提升具有重要意义。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过将碳纳米管分散在溶液中，然后将溶液均匀涂覆在基底上，最后通过旋涂的方式将溶液均匀分布在基底表面，形成碳纳米管膜。
溶液旋涂法的具体步骤如下：1. 准备碳纳米管溶液：将碳纳米管分散在溶剂中，并加入适量的表面活性剂以提高分散性。
2. 准备基底：选取适合的基底材料，如硅片、玻璃等，并进行表面处理，以提高溶液涂布的均匀性。
3. 涂布溶液：将碳纳米管溶液倒在基底上，确保溶液均匀涂布在基底表面。
4. 旋涂过程：将基底放置在旋涂仪上，通过旋转基底使溶液均匀分布在基底表面，并控制旋转速度和时间，以控制膜的厚度和均匀性。
5. 干燥处理：将旋涂后的基底进行干燥处理，通常采用烘箱干燥或真空干燥的方式，以去除溶剂和表面活性剂。
溶液旋涂法制备的碳纳米管膜具有较高的制备效率和较好的均匀性，但其制备过程中需要控制旋涂参数，以得到所需的膜厚和均匀性。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过在适当的基底上，利用化学反应在气相中生长碳纳米管，并使其沉积在基底上形成膜状结构。
化学气相沉积法的具体步骤如下：1. 准备基底：选取适合的基底材料，并进行表面处理，以提高碳纳米管的生长和沉积效果。
2. 反应装置：设置适当的反应装置，包括热源、载气、反应室等，以控制反应条件。
3. 反应条件：通过调节反应温度、气体流量、反应时间等参数，控制碳纳米管的生长和沉积过程。
4. 沉积过程：将基底放置在反应室中，通入适当的气体，进行碳纳米管的生长和沉积。
5. 冷却处理：在碳纳米管生长和沉积完成后，将基底从反应室取出，进行冷却处理，以固定碳纳米管膜的结构。
单壁管碳纳米管
单壁管碳纳米管
碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)又名巴基管，是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝碳纳米管。
按碳原子层数可分为单壁和多壁碳纳米管，其制备方法主要有电弧放电法、催化裂解法、激光蒸发法、化学气相沉积法，其中裂化催解法是目前应用最广泛的方法。
碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能，已应用于电子、材料、航空、催化、医疗等领域。
单壁碳纳米管直径在0.6-2nm之间，最小的直径可达到0.4nm左右，其独特的结构，使其具备了超强的力学性能、极高的载流子迁移率、可调节的带隙、优异的热学性能、光电特性、稳定的化学特性等。
碳纳米管集各种优异性质于一身，使其在工程材料、电子器件、储能领域、光探测器、生物医药等方面具备了广阔前景。
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）。
碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途
碳纳米管导电浆料及其制备方法和用途碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是由碳原子通过特定方式排列构成的纳米管状结构，具有优异的导电性、导热性、力学强度和化学稳定性等特点。
它们在许多领域具有广泛的应用潜力，例如电子器件、能源储存和转换、纳米材料增强等。
碳纳米管导电浆料是一种将碳纳米管分散在溶剂中形成稳定悬浮液的制备材料，它可以很方便地用来涂覆在各种基底材料上，制备电极和导电薄膜等器件。
制备碳纳米管导电浆料有多种方法，常见的方法包括机械混合、超声处理、化学修饰以及电化学等。
其中，机械混合是一种简单的方法，通过将碳纳米管和溶剂一起放入瓶中进行摇晃或搅拌，使碳纳米管在溶剂中均匀分散。
超声处理则是通过超声波的机械作用来实现碳纳米管的分散，这种方法可以更加高效地分散碳纳米管，得到更稳定的浆料。
化学修饰是将碳纳米管表面进行改性，增加其与溶剂之间的相容性，以提高浆料的稳定性。
电化学方法则是通过电解或电析的方式来制备碳纳米管导电浆料，这种方法可以控制碳纳米管的含量和分散度。
碳纳米管导电浆料在电子器件领域有着广泛的应用。
例如，可以将碳纳米管导电浆料涂覆在玻璃基板上，制备柔性导电薄膜，用于可弯曲的触摸屏、柔性显示器等设备中。
此外，还可以将碳纳米管导电浆料涂覆在导电胶带上，制备高导电性的电子细线，用于微电子封装和连接。
碳纳米管导电浆料还可以应用于太阳能电池、超级电容器等能源器件中，用于提高器件的光电转换效率和储能性能。
另外，碳纳米管导电浆料还可以作为导电涂料、导电油墨或导电粘合剂等应用于航空航天、防护涂料等领域，发挥导电性能和耐久性的优势。
总之，碳纳米管导电浆料具有优异的导电性和分散性，其制备方法简单、灵活，具有广泛的应用潜力。
未来随着相关技术的进一步发展和改进，碳纳米管导电浆料在各个领域将得到更广泛的应用。
碳纳米管导电浆料参数
碳纳米管导电浆料参数碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种碳同素异构体，具有非常优异的导电性能和力学性能，被广泛应用于电子器件、传感器、储能设备等领域。
碳纳米管导电浆料是将碳纳米管分散在溶剂中形成的液体，用于制备导电薄膜或导电涂层。
1.碳纳米管浓度：浆料中碳纳米管的含量是影响导电浆料导电性能的主要因素之一、一般来说，浆料中碳纳米管的浓度越高，导电性能越好。
浆料中碳纳米管的浓度可通过测定碳纳米管的质量浓度或体积浓度来确定。
2.碳纳米管品质：碳纳米管的品质也会影响导电浆料的性能。
优质的碳纳米管具有较高的纯度、较小的直径和高度结晶的结构，能够提供更好的导电性能。
碳纳米管的品质可以通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱等技术进行表征。
3.分散剂：由于碳纳米管在溶液中易聚集成团，为了获得均匀分散的碳纳米管导电浆料，通常需要添加适量的分散剂。
分散剂的种类、浓度和使用方法都会对导电浆料的分散效果产生影响。
4.溶剂种类和比例：碳纳米管导电浆料中溶剂的种类和比例也会对导电性能产生影响。
一般来说，有机溶剂具有较好的溶解性和挥发性，有助于碳纳米管的分散。
常用的有机溶剂包括二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）等。
5.添加剂：为了进一步提高碳纳米管导电浆料的性能，可以添加一些功能性添加剂，如聚合物、导电填料等。
这些添加剂可以改善导电膜或涂层的力学性能、耐久性和导电性能。
除了上述参数外，碳纳米管导电浆料的稳定性和粘度也是需要考虑的因素。
稳定性是指碳纳米管在溶液中的分散状态的持续时间，而粘度则是指碳纳米管导电浆料的黏稠度。
这两个参数对于浆料的加工和涂覆工艺具有重要影响。
总之，碳纳米管导电浆料的参数对于其在应用中的表现起着至关重要的作用。
通过对浓度、品质、分散剂、溶剂种类和比例等参数的控制，可以获得具有优异导电性能的碳纳米管导电浆料，并实现其在各种电子器件和材料中的广泛应用。
碳纳米管CNTS
碳纳米管的独特工能及应用1985年，Kroto和Smalley[1]发现了一种直径仅为0.7nm的球状分子，被称为C60，亦称富勒烯(fullerene)。
这是继石墨和金刚石之后，碳的另一种同素异形体。
随后，日本NEC公司的Sumio．Iijima[2]在合成C60中，首次利用电子显微镜发现了CNTs(Carbon nanotubes)，又称巴基管(Bucktube)。
CNTs是一种类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、两端为半球形端帽、具有典型层状中空结构的材料。
根据石墨片层数的不同，CNTs可分为多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米(SWNTs)。
研究表明，CNTs的密度只有钢的1／6，强度却是钢的100倍，模量可达1．8 TPa。
CNTs是典型的一维纳米结构，其超强的力学性能、超大的长径比(一般大于1000)、极好的化学和热稳定性、良好的光电性能，使其具有广泛应用于生物传感器、储氢容器、超容量电容器、机电激励器、结构增强材料等方面的应用前景[3-4]。
CNTs长径比高、比表面大、比强度高、电导率高、界面效应强，因而具有优异的力学、电学、热学、光学性能．成为世界范围内的研究热点之一。
近几年来．随着CNTs合成技术的日益成熟．低成本批量生产CNTs已成为可能，并在场发射、分子电子器件、复合材料、储氢、吸附、催化诸多领域已经展现出其广阔的应用前景。
一、碳纳米管的结构CNTs是一种主要由碳六边形(弯曲处为碳五边形或碳七边形)组成的单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构，相邻层间距与石墨的层间距相当，约为0.34nm。
碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级，也有超长CNTs，长度达2mm。
按照石墨烯片的层数，可分为单壁CNTs和多壁CNTs。
(1)单壁CNTs(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0．75～3nm和1～50μm，又称富勒管(Fullerenes tubes)。
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。
碳纳米管介绍
碳纳米管的性能
由于尺度的减小和表面状态的改发，碳纳米管可表现出纳米 材料的一些固有特性，如量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应、 宏观量子隧道效应等，加上碳纳米管自身所特有的管壁六元环结 构，使其具有特殊的力学、电磁学、热学等性能。
力学性能
极高的强度, 理论计算值为钢的100 倍, 但其密度仅为钢的1/ 6。 高的杨氏模量，单壁碳纳米管的杨氏模量理论估计可高达5TPa， 实验测得多壁碳纳米管的杨氏模量平均值为1.8TPa。（是钢杨氏模量 的5倍） 好的韧性。单壁碳纳米管可承叐扭转形发幵可弯成小圆环，应力卸 除后可完全恢复到原来状态。被认为是未来的“超级纤维”。 基于碳纳米管的优良力学性能可以将其作为结构复合材料的增强体。
碳纳米管的分类
按形态分类
实际制备的碳纳米管的管身幵丌完全是平直或均匀的，有时会出现各
种结构，如弯曲、分叉、螺旋等。这些结构的出现多是由于碳六边形网格 中引入了碳五边形和碳七发形所致。碳五边形引起正弯曲，碳七边形引起 负弯曲。
普通封口型 发径型
洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
其他异型
按层数分类
Carbon Nanotubes
黄超
碳纳米管
碳纳米管简介及其分类
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的性能
碳纳米管的应用
碳纳米管的结构
碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)是由一层石墨层卷起来的直径 只有几纳米的微管，也可由丌同直径的微管同轴地套构在一起形成管束， 其管壁间的间隑约为石墨的层间距大小。这种富勒烯碳管的两端常常由半 个C60或更大些的半富勒烯球体构成的。两端也可能是空的，此时它的碳悬 挂键被氢原子所饱和。
热学性能
碳纳米管发热
碳纳米管发热
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有长方形或圆
形截面的碳纤维，具有很高的垂直导热率。
碳纳米管可以利用电流通过碳纳米管产生热量，这种现象被称为碳纳米管发热。
碳纳米管发热的工作原理是通过通电使碳纳米管内部电子流动，碳纳米管产生的电阻会使电能转化为热能。
由于碳纳米管的导热性能很好，所以能够迅速将发热产生的热量传导到周围环境。
碳纳米管发热具有许多应用，例如：
1. 加热器：碳纳米管可以作为加热器用于加热不同类型的材料或设备。
碳纳米管发热器具有快速响应和可控性的优点。
2. 温度传感器：由于碳纳米管的热电效应，可以将其用作高灵敏度和高精度的温度传感器。
3. 生物医学应用：碳纳米管发热可以用于癌症治疗，通过将碳纳米管注射到肿瘤内部，然后使用外部电源加热，使肿瘤细胞受热而死亡。
总之，碳纳米管发热是一种有广泛应用前景的技术，可以用于许多领域的加热和温度控制。
碳纳米管和石墨烯的关系
碳纳米管和石墨烯的关系
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）和石墨烯（Graphene）都是由单层的碳原子组成的二维材料。
石墨烯是一种蜂巢状的碳结构，每个碳原子与另外三个碳原子形成稳定的共价键，形成一个六边形的平面网络。
相比之下，碳纳米管是由一层或多层石墨烯卷曲而成的管状结构，这些层以螺旋的方式卷曲，形成了三维的纳米级管道。
尽管两者都源自相同的碳元素，它们的结构和性质有显著的不同。
碳纳米管的内部结构类似于细长的隧道，而石墨烯则是片状的平面结构。
此外，碳纳米管的直径可以变化，而石墨烯是一个固定的二维结构。
在应用上，这两种材料也有所区别，各自在不同的领域有着广泛的应用前景
1。
碳纳米管和碳纳米泡沫
碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）和碳纳米泡沫（Carbon Nanofibers，简称CNFs）都是碳纳米材料，具有独特的结构和性质。
### 碳纳米管（CNTs）：
1. **结构：** 碳纳米管是由一个或多个层次的碳原子以六角形排列而成的管状结构。
可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。
2. **性质：** 具有优异的导电性、导热性和机械强度。
由于其纳米尺寸和高比表面积，被广泛用于电子器件、材料强化、储能材料等领域。
3. **应用：** 用于制备强度高、重量轻的复合材料、导电薄膜、传感器等，还在纳米医学、储能领域有着广泛的应用。
### 碳纳米泡沫（CNFs）：
1. **结构：** 碳纳米泡沫是由交错排列的纳米纤维构成的三维网状结构。
这些纳米纤维之间形成了孔隙结构，使得整体呈泡沫状。
2. **性质：** 具有低密度、高表面积、良好的导电性和导热性。
由于其独特结构，碳纳米泡沫在吸附、储能等方面表现出色。
3. **应用：** 在储能材料、吸附材料、催化剂支撑体等方面有着潜在的应用，还可以用于制备轻质结构材料。
总的来说，碳纳米管和碳纳米泡沫都是引人注目的纳米材料，具有许多独特的物理和化学性质，因此在多个领域都有着广泛的研究和应用前景。
碳纳米管的密度
碳纳米管的密度碳纳米管（Carbonnanotubes，CNTs）是一种重要的纳米材料，可用于微米尺寸的机器结构以及新型电子和机械装置。
碳纳米管具有轻质、较高的强度、良好的热导率和导电性能等优异品质，在航天领域、生物医学领域等都有着重要的应用价值。
因此，研究碳纳米管的密度显得尤为重要。
碳纳米管的密度通常用质量密度（kg/m3）来描述。
它取决于碳纳米管的形状、尺寸和结构，以及碳纳米管中所含材料的质量密度。
通常情况下，碳纳米管的质量密度为1300 kg/m3至2000 kg/m3之间。
由于其单位是kg/m3，碳纳米管的密度一般比普通钢材（7800 kg/m3）要低得多，甚至比空气要低。
碳纳米管的密度存在一定的规律性，主要取决于其形状。
根据理论计算，不同的碳纳米管的形状导致其质量密度的结果差异较大，比如圆管在它的全长范围内的差异可能高达200％，而单壁碳纳米管的差异可能高达420％。
这表明，碳纳米管的形状可以用来控制它的密度，从而有助于实现不同用途的碳纳米管。
此外，碳纳米管的密度也受其内部结构的影响。
苯与金属碳纳米管（MWCNTs）内部结构较复杂，具有许多可以影响原子和分子间距的因素，包括双锥结构、螺旋结构、环结构等，可以改变碳纳米管的原子布局，从而对密度及其他性质产生影响。
此外，碳纳米管的密度还受其尺寸的影响，尺寸越小，密度越高。
同样，由于其结构中所含的材料（如金属、石墨、金碳合金）的质量密度不同，碳纳米管的密度也会有所变化。
因此，要确定碳纳米管的密度，需要考虑它的形状、尺寸和结构，以及内部所含的材料的质量密度等因素。
研究这些因素将有助于控制碳纳米管的密度，进而有效地促进碳纳米管的应用。
总之，碳纳米管的密度的大小和分布取决于其形状、尺寸和结构，以及内部所含材料的质量密度。
通过研究这些因素，可以更好地控制碳纳米管的密度，从而实现不同用途的碳纳米管性能。
碳纳米管长径比
碳纳米管长径比碳纳米管（CNTs）是由碳原子组成的纳米管，具有独特的力学、电学、热学和光学性质。
尽管CNTs已经被研究了几十年，但由于其复杂的结构和性质，CNTs仍然是纳米科学和纳米技术研究的热门领域之一。
CNTs的长径比是指其长度与直径之比。
长径比是CNTs最重要的参数之一，它对CNTs 的力学、电学、热学和光学性质产生了很大的影响。
因此，长径比已成为CNTs设计和制备的重要参考指标之一。
CNTs的长径比范围很大，可以从几十到几百万不等。
长CNTs通常具有较小的直径和较大的长度，而短CNTs则通常具有较大的直径和较小的长度。
对CNTs进行力学和电学性质研究时，长CNTs通常比短CNTs更具优势。
这是因为长CNTs可以在试验过程中承受更高的负荷，并产生更高的仪器灵敏度。
另外，长CNTs的电导率更高，这是因为它们具有更少的电极接触阻力和更高的载流子迁移率。
因此，在制备CNTs体系中，通过控制长CNTs与短CNTs的比例，可以优化CNTs的力学和电学性质。
对CNTs的热学性质进行研究时，长CNTs也具有一些优势。
由于长CNTs的热传导性能更好，因此可以更好地掌握CNTs的热导率和温度扩散行为。
此外，长CNTs的热膨胀系数更小，因此更适合制备高精度纳米机械和纳米电子器件。
在CNTs的光学性质研究中，长CNTs同样也有一定的优势。
由于长CNTs具有更大的极化率，因此可以更好地捕获和放射电磁波。
而且，长CNTs的发光性能也更稳定，这使得它们可以被广泛应用于照明和显示器件中。
除了以上提到的优势之外，还有一些其他因素也会影响CNTs的长径比选择。
例如，制备成本、CNTs的细节结构和制备方法对CNTs的长径比选择也有很大的影响。
因此，在设计和选择CNTs时，需要综合考虑以上因素。
总之，长径比是CYPEX中CNTs设计和制备的重要参考指标之一。
因为它影响CNTs的性质和性能。
正确选择长径比，将有助于优化CNTs的属性，从而使CNTs被广泛应用于各种应用领域。
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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）。
随着纳米粒子的直径减小，能级间隔增大，电子移动困难，电阻率增大，从而使能隙变宽，金属导体将变为绝缘体。
2.2.2 .纳米材料的量子尺寸效应当纳米粒子的尺寸下降到某一值时，金属粒子费米面附近电子能级由准连续变为离散能级；并且纳米半导体微粒存在不连续的最高被占据的分子轨道能级和最低未被占据的分子轨道能级，使得能隙变宽的现象，被称为纳米材料的量子尺寸效应。
在纳米粒子中处于分立的量子化能级中的电子的波动性带来了纳米粒子的一系列特殊性质，如高的光学非线性，特异的催化和光催化性质等。
当纳米粒子的尺寸与光波波长，德布罗意波长，超导态的相干长度或与磁场穿透深度相当或更小时，晶体周期性边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近的原子密度减小，导致声、光、电、磁、热力学等特性出现异常。
2.3 纳米材料的分类2.2.1 按结构分类零维纳米材料：量子点纳米粒子一维纳米材料：如纳米线(量子线)、纳米管二维纳米材料：薄层纳米孔材料：如介孔分子筛2.3.2 按组成分类金属纳米材料半导体纳米材料有机和高分子纳米材料复合纳米材料……2.4 碳纳米管概述碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)是1991年才被发现的一种碳结构,它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状"纤维"，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。
理想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，这样的材料很轻，但很结实。
它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。
2.5 碳纳米管历史与发展人们公认的观点认为，纳米科学技术思想的来源是理查德·费曼，他被看作爱因斯坦之后最杰出的量子物理学家，在1959年的美国物理学年会上发表的一篇演讲：《底部有很大空间》。
1991年，理论上预计了碳纳米管具有许多的奇特电学性能，几乎同时NEC公司S Iijima在高分辨电子显微镜下观察采用电弧法制备的富勒烯中发现了一种管状结构，经过研究表明它们是同轴多层富勒管，被称为多壁碳纳米管，随后NEC公司的TW Ebbesen和PM Ajayan找到大量制备多壁碳纳米管（MWNT）方法。
1993年S. Iijima和IBM 公司的研究小组同时报道观察到了单壁碳纳米管（SWNTs）。
在SWNTs的物理性质的研究开始于1995年，Rice大学的Richard Smalley研究小组发现激光蒸发方法可以得到极高产率的SWNTs。
此后，法国Montpellier大学的Bernier研究小组采用电弧法也可以得到高产率的SWNTs。
1998年，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也得到较高产率的SWNTs。
2.6 碳纳米管的制法2.6.1 综述碳纳米管主要制备法方法有电弧法、热解法和激光刻蚀法。
其中电弧法（与Wolfgang-Kratschmer法制备富勒烯类似）为在惰性气体气氛中，两根石墨电极直流放电，阴极上产生碳纳米管。
热解法就是采用过渡金属作催化剂，700－1600K的条件下，通过碳氢化合物的分解得到碳纳米管。
激光刻蚀法采用激光刻蚀高温炉中的石墨靶子，碳纳米管就存在于惰性气体夹带的石墨蒸发产物中。
碳纳米管的形成过程游离态的碳原子或者碳原子团，发生重新排布的过程。
制备SWNT时，必须添加一定数量的催化剂，如过渡元素（Ni、Co、Fe等），或者镧系元素（Ld、Nd、La、Y等），或者它们的混合物。
催化剂在SWNTs的生长过程中，能够降低弯曲应力，促进碳原子排列整齐并且阻止SWNTs两端的富勒烯分子的形成。
得到的碳纳米管的直径和直径分布主要取决于制备方法、催化剂的种类、生长温度等反应条件。
2.6.2 碳纳米管的进一步加工--- CNTs的功能化目的：提高CNT的溶解度，有助于纯化，并引入新的性能。
方式（与图中对照）：共价功能化：A：端口功能化B：侧壁功能化非共价功能化：C：表面活化剂功能化D：聚合物功能化E：内腔功能化2.7 碳纳米管的分类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。
2.7.1 单壁碳纳米管（SWNTs）石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Single walled carbon nanotube, SWNT)。
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。
2.7.2 多壁碳纳米管（MWNT）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。
2.8 碳纳米管的物理性质1、高的机械强度和弹性。
2、强度≥100倍的钢，密度≤1/6倍的钢3、优良的导体和半导体特性（量子限域所致）4、高的比表面积5、强的吸附性能6、优良的光学特性7、发光强度随发射电流的增大而增强……3、应用层次上的研究3.1 纳米科技新热点、新发现及前景预测材料和制备在纳米尺度上，通过精确地控制尺寸和成分来合成材料单元，制备更轻、更强和可设计的材料，同时具有长寿命和低维修费用的特点。
微电子和计算机技术纳米结构的微处理器的效率提高1兆倍，并实现太比特的存储器(提高1000倍)；研制集成纳米传感器系统。
环境和能源发展绿色能源和环境处理技术，减少污染和恢复被破坏的环境.如把孔径lnm的纳孔材料作为催化剂的载体，成倍的提高太阳能电池的能量转换效率；将有序纳米孔材料和纳米膜材料(孔径l0~l00nm)用来消除水和空气中的污染等。
医学与健康纳米级粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织；在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排斥反应；应用纳米传感器系统进行疾病的早期诊断。
生物技术在纳米尺度上按照预定的对称性和排列制备具有生物活性的蛋白质、核糖核酸等，在纳米材料和器件中植入生物材料使其兼具生物功能和其他功能，生物仿生化学药品和生物可降解材料；动植物的基因改善和治疗，测定DNA的基因芯片等。
航天和航空纳米器件在航空航天领域的应用，不仅是增加有效载荷，更重要的是使耗能指标成指数倍的降低。
这方面的研究内容还包括：研制低能耗、抗辐照、高性能计算机；微型航天器用纳米集成的测试、控制电子设备；抗热障、耐磨损的纳米结构涂层材料。
国家安全由于纳米技术对经济社会的广泛渗透性，拥有纳米技术知识产权和广泛应用这些技术的国家，将在国家经济安全和国防安全方面处于有利地位。
通过先进的纳米电子器件在信息控制方面的应用，将使军队在预警、导弹拦截等领域快速反应；通过纳米机械学，微小机器人的应用，将提高部队的灵活性和增加战斗的有效性；用纳米和微米机械设备控制，国家核防卫系统的性能将大幅度提高；通过纳米材料技术的应用，可使武器装备的耐腐蚀、吸波性和隐蔽性大大提高，可用于舰船、潜艇和战斗机等。
3.2 碳纳米管的潜在应用碳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。
3.2.1 碳纳米管电导性质的应用碳纳米管的直径一般为几纳米至几十纳米，长度为几至几十微米。
碳纳米管的直径和长度以及结构随不同的制备方法及条件的变化而不同，从而影响到碳纳米管的物理性质。
如碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现很好的金属导电性(椅型碳管)或半导体性。
而在小直径的纳米碳管中量子效应尤为明显，作为典型的一维量子输运材料，用具有金属性的单层碳纳米管制成的三极管在低温下表现出典型的库仑阻塞和量子电导效应。
碳原子经过稍微诱导，即可自动排列成与原子尺度上的镀锌铁丝网圆筒相似的管状结构。