碳纳米管及其结构表征
碳纳米管
3.热学性能
由于碳管具有非常大的长径比，因而大量热是沿着长 度方向传递的，通过合适的取向，这种管子可以合成高各 向异性材料。 即在管轴平行方向的热交换性能很高，但在其垂直方 向的热交换性能较低。适当排列碳纳米管可得到非常高的 各向异性热传导材料。
四、碳纳米管的制备
CNTs的制备方法有多种，主要有电弧法，激光 蒸发法，化学气象沉积法等方法。这些方法分别在 不同的实验条件下可以得到MWNT和SWNT。
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。 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。
五、纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射
电子显微镜
拉曼光谱
1.电子显微术
利用不同的电子显微术，可以非常详细地研究碳 纳米管结构，确定其生长机制，反过来又可以帮助人 们改进碳管的生长过程，或者去修饰他们的结构。 利用扫描电子显微镜（SEM）可以获得单壁碳纳 米管管束的图像。透射电子显微镜（TEM）对于碳纳 米管结构的研究更为有用。TEM是一种强有力的技术， 可以确定碳纳米管管壁的层数，还可以准确测量管径 和确定碳管结构中的缺陷。
饭岛澄男 S.Iijima
将这些针状产物在高分辨电子显微镜下观察， 发现该针状物是直径为4～30纳米，长约1微米，由 2个到50个同心管构成，相邻同心管之间平均距离 为0.34纳米。
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
进一步实验研究表明，这些纳米量级的微小管状结构是由碳 原子六边形网格按照一定方式排列而形成，或者可以将其想象成 是由一个六边形碳原子形成的平面卷成的中空管体，而在这些管 体的两端可能是由富勒烯形成帽子。这就是多壁纳米碳管。 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 纳米碳管，即单壁碳纳米管产物。
碳纳米管的制备和表征研究
碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。
本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。
3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。
以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。
二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。
2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。
3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。
4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。
5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。
以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。
碳纳米管表征
碳纳米管材料的结构形态表征摘要碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
本文首先总结了碳纳米管的结构特点，接着对X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对碳纳米管结构形态的表征作了简要的阐述。
关键词碳纳米管结构形貌XRD SEM TEM1前言碳纳米管，又名巴基管，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组成，是1991年由日本电镜学家饭岛发现的。
一经发现，便在各个领域掀起了碳纳米管的研究热潮，研究的内容包括：碳纳米管的制备、性能及应用。
通过研究人们发现气相沉积法可以大规模地合成碳纳米管，使得碳纳米管的成本得到有效的降低，这也为碳纳米管的应用提供了坚实的基础。
碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
作为一种高性能的纳米材料，碳纳米管在材料科学、传感技术和生物医学等方面具有广泛的应用前景，如作为工程材料的增强相、制作各种分子器件仞、生物、化学传感器、分子探针阎以及作为储氢、储能材料等。
但是由于CNTs之间强烈的范德华力存在以及CNTs大的长径比以及它的单空位缺陷，使得CNTs往往集结成束，而且由于CNTs本身所具有的难溶性和难处理性，使用完整的CNTs来构筑先进的器件仍然是一个难题。
近年来，越来越多的科研人员开始从事碳纳米管的功能化的相关工作，研究探讨碳纳米管的表征就显得相当重要。
2碳纳米管的结构及其XRD表征2.1碳纳米管的原子结构碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，两端由半个富勒烯分子封项。
根据碳纳米管管壁的层数，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管可看成是由单层片状石墨卷曲而成的圆柱结构，而多壁碳纳米管可理解为多个不同直径的单壁碳纳米管相互嵌套而成，各管壁间间距约0.34 nm。
碳纳米管拉曼光谱三个峰
碳纳米管拉曼光谱三个峰摘要：一、碳纳米管简介二、拉曼光谱概述三、碳纳米管拉曼光谱三个峰的特性四、三个峰在碳纳米管表征中的应用五、总结与展望正文：碳纳米管作为一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，吸引了科研界的广泛关注。
拉曼光谱作为一种表征手段，对于研究碳纳米管的结构和性质具有重要意义。
本文将探讨碳纳米管拉曼光谱中的三个特征峰，并分析其在碳纳米管表征中的应用。
首先，我们来了解一下碳纳米管。
碳纳米管是由碳原子组成的纳米级管状结构，具有良好的导电、导热、力学和化学稳定性。
根据石墨烯片层卷曲方式的不同，碳纳米管可分为两类：单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNT）。
拉曼光谱是一种基于拉曼散射效应的表征技术，可用于测量物质的振动、转动和晶格振动等信息。
在碳纳米管研究中，拉曼光谱起到了关键作用。
碳纳米管拉曼光谱中的三个特征峰分别为：G峰、D峰和2D峰。
G峰是由于碳纳米管中的sp2碳原子振动引起的，其位置和强度与碳纳米管的结构和手性密切相关。
G峰强度较高，一般出现在约1500cm-1的位置。
D峰源于碳纳米管中的无序振动，通常出现在约1300cm-1的位置。
D峰强度较低，但与碳纳米管的直径、长度和手性有关。
2D峰是由于碳纳米管层间的范德华力引起的，出现在约2000cm-1的位置。
2D峰强度较低，对碳纳米管的手性、直径和层数敏感。
这三个峰在碳纳米管表征中的应用如下：1.通过G峰和D峰的强度比，可以初步判断碳纳米管的直径和手性。
2.2D峰可用于分析碳纳米管的层数，结合G峰和D峰的变化，可进一步确定碳纳米管的结构。
3.拉曼光谱还可以用于评估碳纳米管的分散状态和纯度，通过观察峰形和峰强度变化，可判断碳纳米管样品中的杂质和团聚现象。
总之，碳纳米管拉曼光谱三个特征峰在表征碳纳米管的结构、手性、直径和层数等方面具有重要应用价值。
碳纳米管的结构、性能和应用
碳纳米管的制备、性质和应用摘要：综述了碳纳米管的研究进展，简单地介绍了单层碳纳米管和多层碳纳米管的基本形貌、结构及其表征，列举了几种主要的制备方法以及特点，介绍了碳纳米管优异的物理化学性质，以及在各个领域中潜在的应用前景和商业开发价值。
Abstract: the article reviews the study progress in nanotubes, and gives a brief introduction to single-layer carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes of their morphology, structure and characterization. At the same time ,the commonly used ways of preparation and principlesas well as the applications and research prospect of carbon nanotubes are also presented.Key words: carbon nanotubes ; preparation; application前言仅仅在十几年前，人们一般认为碳的同素异形体只有两种：石墨和金刚石。
1985年，英国Sussex大学的Kroto教授和美国Rice大学的Smalley教授进行合作研究，用激光轰击石墨靶尝试用人工的方法合成一些宇宙中的长碳链分子。
在所得产物中他们意外发现了碳原子的一种新颖的排列方式，60个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点，构成一个与现代足球形状完全相同的中空球，这种直径仅为0.7nm的球状分子即被称为碳60分子1-2。
此即为碳晶体的第三种形式。
1991年，碳晶体家族的又一新成员出现了，这就是碳纳米管。
日本NEC公司基础研究实验室的Iijima教授在给《Nature》杂志的信中宣布合成了这种一种新的碳结构3。
碳纳米管材料的红外光谱分析研究
碳纳米管材料的红外光谱分析研究碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是由碳元素组成的一种纳米材料。
由于其独特的物理、化学、热力学等性质，碳纳米管材料已经被广泛应用于生物医学、电子学、能源转换等领域。
其中，红外光谱（Infrared spectroscopy，IR）是一种常用的研究碳纳米管材料的方法，可以通过对其红外吸收光谱进行分析，得到其结构及化学组成的信息。
Ⅰ、碳纳米管的结构简介碳纳米管通常由单个碳原子层（graphene layer）卷曲而成，形成一个长方形管状结构。
在这过程中，可通过不同的拓扑结构形成具有不同性质的碳纳米管，包括单壁碳纳米管（Single-walled CNTs，SWCNTs）、多壁碳纳米管（Multi-walled CNTs，MWCNTs）等。
其中，SWCNTs由单层碳原子卷成的圆筒形结构构成，而MWCNTs则由多层碳原子卷成的圆筒形结构组成，并形成以纵向沿MWCNTs轴线相互垂直的壳层。
Ⅱ、红外光谱分析的原理红外光谱是一种研究物质分子结构的无损分析方法。
当光从外部照射某种物质时，物质分子会吸收或反射部分光线，因而产生特定的光谱响应。
这些响应的特征被称为谱带（spectral bands），可以与物质所含的不同化学键、官能团或结构单元相关联。
通过比较实验光谱与已知光谱的特征，可以从红外光谱中识别物质的成分和结构。
Ⅲ、碳纳米管的红外光谱特征由于碳纳米管的寿命长、强度高、导电性强等特点，使得其具有广泛的应用价值。
在研究中，我们通过红外光谱分析可以得到碳纳米管的有关信息。
在红外光谱分析过程中，碳纳米管有三个可供选择的振动模式：E22、E11和E33。
E22: E22是弯曲模式，它出现在1000至1500 cm -1的范围内，并且SWCNTs 和MWCNTs出现在不同的波数范围内。
E22波数对SWCNTs的直径和壁数沿管轴变化，因此可以用来计算SWCNTs的尺寸，并且可以定量分析SWCNTs的直径。
碳纳米管的表征方法
碳纳米管的表征方法一、前言碳纳米管是一种具有特殊性质的纳米材料，其应用领域涉及电子学、光学、生物医学等多个领域。
在研究和应用中，需要对碳纳米管进行表征，以了解其结构和性质。
本文将介绍碳纳米管的常见表征方法。
二、扫描电子显微镜（SEM）扫描电子显微镜是一种通过扫描样品表面并利用反射电子信号来获得高分辨率图像的显微镜。
在碳纳米管的表征中，SEM可以用于观察碳纳米管的形貌和尺寸分布。
操作步骤如下：1. 准备样品：将待测样品放置在SEM样品台上，并使用导电胶或金属薄膜等方法使样品具有导电性。
2. 调整参数：调整SEM的加速电压、放大倍数和探针电流等参数，以获取清晰的图像。
3. 观察样品：使用SEM观察样品，并记录下每个碳纳米管的形貌和尺寸分布。
三、透射电子显微镜（TEM）透射电子显微镜是一种利用电子束穿透样品并形成高分辨率图像的显微镜。
在碳纳米管的表征中，TEM可以用于观察碳纳米管的形貌、尺寸、结构和晶格等性质。
操作步骤如下：1. 准备样品：将待测样品制备成薄片，并将其放置在TEM网格上。
2. 调整参数：调整TEM的加速电压、放大倍数和探针电流等参数，以获取清晰的图像。
3. 观察样品：使用TEM观察样品，并记录下每个碳纳米管的形貌、尺寸、结构和晶格等性质。
四、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量物质受激光照射后散射光的频率变化来分析其分子结构和化学键信息的技术。
在碳纳米管的表征中，拉曼光谱可以用于确定碳纳米管的结构和功率法数。
操作步骤如下：1. 准备样品：将待测样品放置在拉曼光谱仪上，并选择合适的激光波长。
2. 启动仪器：启动拉曼光谱仪，进行预热和自校准。
3. 测量样品：使用拉曼光谱仪测量样品，并记录下其拉曼光谱图像。
4. 分析数据：对拉曼光谱图像进行分析，确定碳纳米管的结构和功率法数等信息。
五、X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种通过测量物质对X射线的散射来分析其晶体结构和晶格常数等信息的技术。
在碳纳米管的表征中，XRD可以用于确定碳纳米管的晶体结构和晶格常数。
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。
碳纳米管的表征方法
碳纳米管的表征方法一、概述碳纳米管具有结构独特、性能优良的特点，在材料科学、纳米技术等领域具有广泛的应用前景。
为了充分了解碳纳米管的结构和性质，需要对其进行表征。
本文将详细介绍碳纳米管的表征方法及其原理。
二、扫描电子显微镜（SEM）SEM是一种常用的表征手段，它通过扫描样品表面并通过检测来自样品的二次电子信号或反射电子信号来获得样品的表面形貌和成分信息。
具体的操作步骤如下：1.准备样品并进行金属镀膜。
2.将样品放置在SEM样品台上并调节焦距和对比度。
3.开启电子束并进行聚焦，调整工作距离。
4.调节探针电流和扫描速度，获得高质量的图像。
三、透射电子显微镜（TEM）TEM是一种用透射电子进行成像的显微镜，可以对碳纳米管的形貌和结构进行高分辨率的观察。
其操作步骤如下：1.制备薄片样品，并使用特殊的显微切刀切割成适当大小。
2.将样品放置在TEM台上并将其真空抽取至高真空状态。
3.调整TEM的电子束束团直径和聚焦度，使其尽可能细小。
4.调节对比度和亮度以获取高质量的TEM图像。
四、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过激光照射样品并测量散射光的频率变化来分析样品的结构和性质的方法。
对于碳纳米管的拉曼光谱的表征，可以从高频G带和低频D带等方面进行分析。
具体步骤如下：1.准备样品，并将其放置在拉曼光谱仪台上。
2.设置激光器的波长和功率。
3.收集样品的拉曼光谱数据，并记录下G带和D带的位置和强度。
4.对光谱数据进行分析，如计算带宽、强度比等指标，以了解样品的结构和纯度。
五、X射线衍射（XRD）X射线衍射是一种用于确定晶体结构的分析方法。
通过照射样品，测量并分析样品散射的X射线衍射图谱，可以获得样品的晶体结构信息。
对碳纳米管的表征，可以从衍射峰的位置、强度和宽度等方面进行分析。
具体步骤如下：1.准备样品，将其放置在X射线衍射仪台上，并调整适当的角度。
2.调整X射线的波长和强度。
3.进行衍射扫描，并记录下衍射图谱。
4.根据峰的位置、强度和宽度等指标，对样品进行定性和定量分析。
碳纳米管简介讲解
一、五、碳纳米管的制备 六、碳纳米管的应用 七、碳纳米管的挑战与展望 八、对复合材料课程建议
一、碳纳米管定义
二、碳纳米管的发展史
1857年，法拉第制备出金纳米颗粒
1985年 柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研究中，发现了与金刚石、石墨的 无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖）
2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳 米管,稳定性稍差;
2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。
2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员， 利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数 目富勒烯分子C141。
由量子限域效应带来的金属性和半导体性
根据卷起的方向矢量 (n,m)不同， 单壁纳米管（大致）可以呈现金属性 （metallic, 无能隙(band gap)）或半导体 性（semiconducting, 有能隙）。
根据折起的外部形态上可以分为A 椅式(armchair)、B交错式(zigzag)、C手 性(chiral)。所以椅式管一定是金属性管， 而交错式和手性则既有可能是金属性管， 也有可能是半导体性管。
6.吸附性能
硝酸氧化处理后的碳纳米管对铅，铜和镉离子显示出了良好 的吸附效果，单一金属离子的吸附研究结果表明，碳纳米管 对铅、铜和镉离子的最大吸附容量分别为97.08，28.49和 10.86mg/g；
碳纳米管对Pb2+的亲合性最强，Cu2+次之，Cd2+最弱；
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。
碳纳米管表征
碳纳米管材料的结构形态表征摘要碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
本文首先总结了碳纳米管的结构特点，接着对X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对碳纳米管结构形态的表征作了简要的阐述。
关键词碳纳米管结构形貌XRD SEM TEM1前言碳纳米管，又名巴基管，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组成，是1991年由日本电镜学家饭岛发现的。
一经发现，便在各个领域掀起了碳纳米管的研究热潮，研究的内容包括：碳纳米管的制备、性能及应用。
通过研究人们发现气相沉积法可以大规模地合成碳纳米管，使得碳纳米管的成本得到有效的降低，这也为碳纳米管的应用提供了坚实的基础。
碳纳米管(CNTs)不仅具有独特的一维管状纳米结构，同时也是迄今为止发现的唯一同时具备超高机械力学性能、热性能和电性能的先进材料。
作为一种高性能的纳米材料，碳纳米管在材料科学、传感技术和生物医学等方面具有广泛的应用前景，如作为工程材料的增强相、制作各种分子器件仞、生物、化学传感器、分子探针阎以及作为储氢、储能材料等。
但是由于CNTs之间强烈的范德华力存在以及CNTs大的长径比以及它的单空位缺陷，使得CNTs往往集结成束，而且由于CNTs本身所具有的难溶性和难处理性，使用完整的CNTs来构筑先进的器件仍然是一个难题。
近年来，越来越多的科研人员开始从事碳纳米管的功能化的相关工作，研究探讨碳纳米管的表征就显得相当重要。
2碳纳米管的结构及其XRD表征2.1碳纳米管的原子结构碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，可看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆柱体，两端由半个富勒烯分子封项。
根据碳纳米管管壁的层数，碳纳米管可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，单壁碳纳米管可看成是由单层片状石墨卷曲而成的圆柱结构，而多壁碳纳米管可理解为多个不同直径的单壁碳纳米管相互嵌套而成，各管壁间间距约0.34 nm。
碳纳米管的特性及其分析应用
碳纳米管的特性及其分析应用摘要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。
本文着重介绍碳纳米管的特性及其在仪器分析中的应用。
关键词：碳纳米管；特性；仪器分析I一、引言碳纳米管（CNT,又名巴基管，于1991年被日本电子公司（NEC的饭岛博士发现。
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。
由于其优异的力学、电学和光学特性，碳纳米管受到了越来越多的关注。
随着时间的推移，CNT的制备与表征手段越发完善，由CNT制成的各种产品技术也趋于成熟。
二、碳纳米管的制备方法其主要有三种制备方法：分别为电弧放电，激光蒸发法和碳氢化合物催化分解。
（一）电弧放电电弧放电是指一般情况下由两个电极和它们之间的气体空间所组成电弧能产生高温。
但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。
电弧放电实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程。
该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。
本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。
施加电压可为直流也可为交流，电压10〜10 0伏，电流0〜10安培。
本方法的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。
（二）激光蒸发法激光蒸发法是制备碳纳米管的一种有效方法•用高能CC2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备碳纳米管，管径可由激光脉冲来控制。
激光脉冲间隔时间越短，得到的碳纳米管产率越高，而碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。
碳纳米管结构概述
福建教育学院学报二○○三年第十期碳纳米管结构概述陈展虹(福建教育学院信息技术系,福建福州350001)摘要:本文通过对碳纳米管的分类的描述、碳纳米管的合成方法、碳纳米管结构的表征、不规则碳纳米管的结构和欧拉定律、多壁碳纳米管概述、单壁碳纳米管的管束及管束环、碳纳米管结构的稳定性以及碳纳米管结构的观察等8各方面,综述了碳纳米管的一般特点,同时提供了较详细的参考资料。
文章重点描述了碳纳米管结构的表征。
关键词:碳纳米管;结构;合成;单壁碳纳米管;多壁碳纳米管中图分类号:O6文献标识码:A陈展虹：碳纳米管结构概述前言1959年,美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖获得者F e y nem an 曾经预言:“如果我们对物体微小规模上的排列加以某种控制的话,我们就能使物体得到大量的异乎寻常的特性,就会看到材料的性能产生丰富的变化”。
他所说的材料就是现在的纳米材料。
1990年7月在美国召开的第一届国际纳米科学技术会议,正式宣布纳米材料科学为材料科学的一个新分支。
1996年10月瑞典皇家科学院宣布,两名美国人Sm alle y 和Curl 以及一名英国人K roto 因发现C 60而荣获诺贝尔化学奖。
他们的发现发表在1985年11月份出版的《自然》杂志上[1]。
碳纳米管(Carbon nanotube )是1991年由日本电子公司(NEC )的饭岛博士(S.I i j im a )在高分子透射电镜下观察C 60结构时发现的[2]。
碳纳米管在结构上与C 60同属一类,其强度比钢高出100倍,但重量只有钢的1/6。
碳纳米管在场发射器件、电子晶体管、储氢、太阳能利用、高效催化剂以纳米生物系统等方面应用以及纳米科学与技术本身均会带来革命性的变化。
随着C 60的出现,其同族物如C 70、C 76和C 84等也先后被发现,如今又发现碳纳米管,这说明C 60及其同族物,应作为碳的第三种稳定存在的晶体结构。
因此,晶形碳有金刚石、石墨、富勒碳(巴基球以C 60为代表、碳纳米管、巴基葱)三类。
纳米材料在生活中的应用——碳纳米管枕头
纳米材料在生活中的应用——碳纳米管枕头碳纳米管枕头的作用：可浮动，有效保护颈椎，舒适透气，轻微按摩，安神助眠，随意翻身，减少打鼾，有效改善睡眠质量。
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，在1991年1月由日本物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中发现。
碳纳米管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0.34nm，直径一般为2～20nm一、碳纳米管的制备方法：1.石墨电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。
1991 年, Iijima 就是使用石墨电弧法来制备出纳米碳管的, 现在, 人们在尝试寻找简单的制备方法, 通过改变打弧介质来简化电弧装置。
液氮和水溶液都曾被用来替换氦气和氢气制备纳米碳管。
石墨电弧法具有简单快速的特点, 而且制得的纳米碳管管直、结晶度高。
但该法所生产的纳米碳管缺陷较多, 且纳米碳管烧结成束, 束中还存在很多非晶碳杂质。
究其原因是电弧温度高达 3000~3 700 ℃,形成的纳米碳管被烧结于一体, 造成较多的缺陷。
但在化学气相沉积法被发现之前,石墨电弧法仍是合成纳米碳管的主要方法。
2、化学气相沉积法其在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。
这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态烃可以分解生成碳纳米管。
碳纳米管介绍
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。
碳纳米管的制备工艺与表征
碳纳米管的制备工艺与表征碳纳米管 (Carbon nanotube, CNT) 是一种由碳原子构成的纳米结构物，被誉为"物质世界中最优美的结构之一"，因其具有极高的力学强度、热电性和化学稳定性，被广泛应用于电子、能源、生物等领域。
本文将会讨论碳纳米管的制备工艺与表征。
一、碳纳米管的制备工艺1. 碳原子沉积法碳原子沉积法是将一定数量的碳原子通过气态输送进入低压的反应室，在金属触媒（如Ni、Fe等）的作用下，形成一维碳原子链，最终形成碳纳米管。
这种方法可以实现单壁碳纳米管的制备。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将气态碳源和气态催化剂一起进入高温反应室，碳源在催化剂表面上析出，形成碳纳米管。
这种方法可以制备多壁碳纳米管，并且可以通过控制反应条件来调节碳纳米管的尺寸和结构。
3. 电弧放电法电弧放电法是在惰性气体气氛下，将两个金属电极通电使其放电而形成的高温等离子体反应区内进行碳纳米管的生长。
这种方法可以制备多种形态的碳纳米管，如无花边、有花边、螺旋状、直管状等。
二、碳纳米管的表征方法1. 透射电子显微镜 (Transmission electron microscopy, TEM)透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以通过向物质传输电子进行成像，并且可以观察到原子级别的细节。
使用 TEM 可以观察到单壁和多壁碳纳米管的形貌和结构，如管径、层数等。
2. 扫描电子显微镜 (Scanning electron microscopy, SEM)扫描电子显微镜是一种能够对物质表面进行高分辨率成像的显微镜。
使用SEM 可以观察到碳纳米管的形貌和表面结构，如螺旋状、直管状等。
3. 原子力显微镜 (Atomic force microscopy, AFM)原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌和力学性质的表征技术。
使用 AFM可以观察到碳纳米管的形状、长度、直径等，还可以得到其力学性质，如弹性模量、硬度等信息。
氨化多壁碳纳米管的制备及结构性能表征
称取 １ ０ ０ ｎ ａ ｇ 的Ｍ ＷＮ Ｔ ｓ ，加 入到 装有 ７ ０ ｍＬ 浓 硝 酸一 浓 硫酸（ 体 积 比为 ２： ３ ） 混酸溶 液 的圆底烧 瓶 中 ，在 ６ ０℃水浴 中磁 力搅拌 ，加 热 回流 ５ ｈ 。将反 应 后 的溶液 以 ９ ０ ０ ０ ｒ ／ ａ ｒ ｉ ｎ 离心 ５ ｍ ｉ ｎ ，倒 去上层 清
１ ． ４ ． ３ Ｔ Ｇ分析
体 是先将 ＭＷＮ Ｔ ｓ 通过 混酸氧化 处理 ，得到 氧化 多
壁 碳 纳米 管（ ＭＷＮ Ｔ ｓ — Ｃ Ｏ Ｏ Ｈ ） ，再 将 其 与 Ｅ Ｄ Ａ在 Ｄ Ｃ Ｃ — Ｄ ＭＡ Ｐ复 合催 化 体 系下 反 应 ，制 备 ＭＷＮ Ｔ ｓ —
用德 国 Ｎ ｅ ｔ ｚ ｓ ｃ ｈ 仪 器 制造 有 限公 司 生 产 的 Ｔ Ｇ ２ ０ ９ Ｆ １ Ｉ ｒ ｉ ｓ 型 热重分 析仪 ，将 样 品在 氮气气 氛保护 下 进 行 热 重 测 试 。在 测 试 时 ，温 度 区 间 为 ２ Ｏ ～ ７ ０ ０℃ ，升温 速率恒 定在 ２ ０￣ Ｃ ／ ｍ ｉ ｎ ，气流流 速控制
系来制 备 ＭＷＮ Ｔ ｓ — Ｎ Ｈ： 的方 法 ，该 方法不仅 可 以显 著 降低反应温度 ，而且可 以大大缩 短反应时 间。具
将样品 与适 量的 Ｋ Ｂ ｒ 粉 末混合 ，碾磨后 用红外 制样 机压 片制 样 ，随 后在 美 国 Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ｅ ｔ 公 司 生产 的
Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ｅ ｔ ８ ７ ０ ０ 型傅 里叶红外光谱仪上进行红外测试 。
邬俊 ，邹黎明 ，刘涛 ，等． 氨化 多壁碳纳米管的制备及结构性能表征
３ ９
对 比以上 两种制 备 ＭＷＮ Ｔ ｓ — Ｎ Ｈ 的方 法可 以发
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碳纳米馆材料的发展与运用
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碳纳米管结构及其表面形貌
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，其径向尺 寸为2-20nm量级，管两端基本上都是封口的，其主要由 呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管，即 碳纳米管的壁层是 由六边形网格组成的圆柱面, 且 C C 原子之间通 过 sp2 杂化构成共价键, 因此碳纳米管沿轴向有极高 的拉伸强度。碳纳米管直径一般在几纳米到几十纳米 之间, 长度为几个至几十微米, 而且碳纳米管的直径 和长度随制备方法及实验条件的变化而不同。实际制 备的碳纳米管并不完全是笔直、均匀的, 而局部出现 凹凸弯曲现象, 这是由于在碳六边形网格中引入了五 边形和七边形缺陷所致。当出现五边形时, 由于张力 的关系导致碳纳米管凸出, 如果五边形正好出现在碳 纳米管顶端, 即形成碳纳米 管封口, 当 出现七边形 时, 碳纳米管则凹进。
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碳纳米管和RuO2复合电极的表征
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碳纳米管常用表征方法汇总
碳纳米管形貌分析——扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，
SEM)、透射电子显微镜 （transmission electronmicroscope，TEM）和原子力 显微镜（atomic force microscope，AFM）都是在碳纳米管研究工作中常用的表 征手段，它们常用于观察碳纳米管或者其相关材料的形貌特征。Lee等通过高倍 SEM观察其经过特殊方法处理后得到的 Fe 粒子催化剂（直径为9nm）。另外， Lee 还分别列出了由在空气和 H2 中经过不同加热时间后的 Fe 催化剂制备的阵 列碳纳米管的 SEM 的比较图，说明在空气和在H2中加热时间对合成阵列碳纳米 管的影响，让人一目了然。在对碳纳米管的功能化研究表征工作中，SEMTEM 和AFM是常用的方法，碳纳米管经功能化修饰后，表面会附上一层物质，可通过 SEM或者TEM观察。纯的碳纳米管之间的相互作用力使得它在溶剂中的分散性 很差，通过TEM可以观察到经功能化后的碳纳米管从聚集的状态脱落下来，解束 成单根存在，而且能明显的看到碳纳米管的表面覆盖了一层物质而变得粗糙不平， 通过AFM也能观察到修饰后碳纳米管的直径变大了，说明进行修饰后，碳管的表 面接上了基团。 SEM,TEM 和 AFM 还经常用于测量碳纳米管的长度和直径以及 相关方面的长度信息，通过这些长度信息可以得到碳纳米管功能化修饰的相关信 息。
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碳纳米管和RuO2复合电极的表征
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碳纳米管和RuO2复合电极的表征
图 4 是碳纳米管上粘附 Ru O2.x H2O 的透射电子显微镜照片. 根据 Zhe n g的分析, 反应沉淀过程中不停搅拌, 并在 1 50 e 左右干燥退火所得到的 Ru O2.xH2O 为非晶 态. 在我们的实验中, 在反应沉淀过程中由于碳纳米管表面提供 Ru O2.x H2O 形核的 基底, 所以形成非晶 R uO2.xH2O 和纳米晶的混合体. 随着 Ru O2.x H2O 的加入量 的增多, R uO2.xH2O 向非晶态转变. 图 5为两种不同含量 Ru O2.xH2O 的 X 射线衍 射图. 当 R uO2.xH2O 的含量由 45% 增为 75% 时,Ru O2.xH2O 几乎成为完全非晶. 晶态 Ru O2 的比电容为 340 ~ 3 80 F/ g, 而非晶态 R uO2.x H2O的比电容最大可达 720 F/ g. 对由碳纳米管和 Ru O2.xH2O 构成的复合电极来说, 随着 Ru O2.xH2O 加 入量的增大, R uO2.xH2O 逐渐向非晶态转变, 并且由于碳纳米管的比电容远小于 Ru O2.xH2O 的比电容, 所以复合电极比电容显著增大. 但是, 由于碳纳米管RuO2.xH2O 提供高比表面的基底, 所以复合电极中保留一定量碳纳米管, 使电容器在大电流放电 时功率特性变好. 图 6 是复合电极的比电容随 Ru O2.x H2O 含量变化曲线, 表明随着 RuO 2#x H2O 的增多, 复合电极的比电容增大. 但是如前面所述, R uO2#xH2O 的含量增多会恶化 电容器大电流放电的特性. 所以, 最佳 Ru O2.xH2O 的含量为 5 5% ~ 75% , 这种组 分的复合电极同时具有高比电容和功率密度.
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碳纳米管的比表面积
碳纳米管具有大的比表面积、 分子尺寸孔洞, 可做选择 性吸附剂, 进行物理吸附、 化学吸附 、 均相溶液中吸附, 也可 做催化剂载体。N. M. R odri guez[ 1]用 所制 纳米 管在 - 196 e 对 N2 进行吸附, 表面 积用 BET 方 程进 行计 算, 在 250m2/g左右。Me guro 等 在 I2/g KI 溶液中, 用 碳纳米管 做吸附 剂, 发现只有 I2 被 吸附, 结果 如图 1 所 示。表 面 积 在 350m 2/ g 左右, 所得值 大于 250m2/g( 由吸 附 N2 所 得) , 表明对 I 2 吸 附时, 除了单层物理吸附外, 还进行了 化学吸附。
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碳纳米管及其结构表征
Contents
碳纳米管材料的结构及其表面形貌
单层碳纳米管和多层碳纳米管
碳纳米管的超级电容性及其表征
基于扫描电子显微镜对碳纳米管复合材料的表征
常见碳纳米管的表征方法汇总
Company Lo级电容器
Text 超级电容器( Supercapacitors) 又称电化学电容器( Electrochemical Capacitors) 或者双电层电容器( ElectricDoubleLayer Capacitors) ， 它 是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件，与传统电容器相比具有 更高比电容量和能量密度，与电池相比则具有更高的功率密度。由于超级电 容器具有充放电速度快对环境无污染和循环寿命长等优点，有希望成为本世 纪新型的绿色能源电极材料是超级电容器的重要组成部分，是影响超级电容 Text 器电容性能和生产成本的关键因素，因此研究开发高性能低成本的电极材料 是超级电容器研究工作的重要内容。目前研究的超级电容器的电极材料主要 有炭材料金属氧化物及其水合物电极材料和导电聚合物电极材料碳纳米管 Text ( CNT) 碳纳米管( CNT) 具有独特的中空结构良好的导电性高比表面积化学稳定 Text 性适合电解质离子迁移的孔隙以及交互缠绕可形成纳米尺度的网络结构等优 点，因此其作为电极材料可以显著提高超级电容器的功率特性，被认为是理 想的超级电容器电极材料，成为近年来的研究热点，并有不少有关基于CNT的 超级电容器研究的综述报道。本文重点对近几年来在开发CNT作超级电容器的 电极材料研究领域中对CNT的活化和提高CNT的分散性CNT与过渡金属氧化物复 合材料CNT与导电聚合物复合材料以及CNT与石墨烯复合材料研究的新进展进 Text 行综述。
基于透射电子显微镜表征的碳纳米管的表面形貌
图 1 显示催化裂解法制备的碳纳米管的透射电子显微镜形貌像. 碳纳米管直径为 10~ 30 nm, 长度为几个微米, 管与管互相缠绕在一起. 经过硝酸处理后, 粘附在碳纳米管端部的催 化剂颗粒被去掉, 有些管端部开口.图 2 是热压工艺制备的碳纳米管固体电极的扫描电子显 微镜照片. 碳纳米管互相缠绕在一起, 从而在碳纳米管之间形成相互连通的网络孔隙, 硫酸 电解液可以被吸附在这些孔隙中和碳纳米管表面, 形成双电层电容.
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单层碳纳米管和多层碳纳米管
按所含有石墨层数的不同, 碳纳米管可分为单层 碳纳米 管 ( S i ngl e -wa ll Ca r bon Nan ot ube 简 写 为 SWC N T ) 和多层碳纳米管 ( Mult - i wal l Ca r b on Na no tu be 简写 为 MWC - N T) , 两者的物理性质都与它们的结构有密 切关系。碳纳米管由层状结构的石墨片卷曲而成, 因 卷曲的角度和直径不同, 其结构各异: 有左螺旋的、 右螺旋的和不螺旋的。由单层石墨片卷成的称为单壁 碳纳米管, 多层石墨片卷成的称为多壁碳纳米管。两 者的存在形式主要取决于制备方法和条件的不同。与 多壁碳纳米管相比, 单壁碳纳米管的直径大小的分布 范围小, 缺陷少, 均匀一致性更高。
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基于扫描电子显微镜对碳纳米管复合材料的表征
Reddy等和Shaijumon等利用氧化铝模板依次沉积Au MnO2管，再利用化学气相 沉积法在MnO2管中生长出CNT，制备出了多段Au-MnO2/CNT同轴阵列( 如图2 所示) 依次沉积制备的Au-MnO2/CNT材料与没有沉积Au的MnO2/CNT材料相比， 其比电容从44F/g提升至68F/g，功率密度从11kW/kg提高至33kW/kg Au-MnO2 /CNT材料经过1000次充放电过程后依然保持了良好的性质。
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基于扫描电子显微镜对纸电池进行的表征
Liu等通过浮动催化化学气相沉积法制备了多层纸状CNT材料如图1A～1C所示， 这种多层纸状CNT呈书页状整齐排列因此，作者将这种材料称之为buckybook buckybook的每一页由CNT互相纠结连接组成( 如图1D～1F所示) ， buckybook的 层数和每层的厚度可通过改变气相沉积反应条件进行控制测得SWCNTbuckybook 的比电容约100F/g，电阻约4.3 /m 2。Hu等将十二烷基苯磺酸钠和CNT溶解在蒸馏水中制成特殊墨水，涂在纸张上 制成纸电池，由于纸张的多孔结构具有很大的比表面积，又能产生巨大的毛细管 力，这样有助于纸张吸附CNT并能与CNT牢固地结合这种纸的电阻仅约1 /m 2，比电容和功率密度则分别高达200F/g和200kW/kg
碳纳米管的超级电容性及其表征-超级电容器