碳纳米管的制备与应用课件
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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。
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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-李玲玲
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27
封闭生长机理可以成功地解释单壁管的
生长过程，但不能解释多壁管的生长和 结构。因为既然碳原子簇必须从外层扩
散到内层，其生长速率不可能相同，内 层和外层的长度也就不可能相同.还可用 于解释纳米碳管的低温（约1100摄氏 度）生长机理，因为开口生长时所需悬 键在如此低温下极不稳定
开口生长机理能解释通过透射电镜观察
到的所有碳纳米管的结构特征，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
电极而形成自由碳原子，在温度低的阴极表
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33
➲ 物理纯化法
1、离心分离法 由于石墨微粒、碳纳米粒子和无定形碳等杂
质的粒度比碳纳米管大，在离心分离时它们受 到离心力的作用先沉积下来，而粒度较小的碳 纳米管则留在溶液中，从而分离。
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34
Bandow等用该方法将含量仅为3%-5%的 SWNTs从电弧放电法所得的石墨灰中分离出 来:首先利用超声分离技术，将5g石墨灰充分分
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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。
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
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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
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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
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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
纳米碳管的特性及其应用PPT课件
2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研 究碳纳米材料的热潮。
二 碳纳米材料的分类
(1)碳纳米管
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，一般 可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管。
(2)纳米碳纤维
纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直 径介于纳米碳管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。
聚集成一定大小的催化剂颗粒。碳氢化合物在催化剂颗 Hafner J H在室温下能够清晰的观测到G型球蛋白的Y型结构。
以熔融碱金属卤化物为电解液，以石墨棒为电极，在氩气气氛中通过电解方法合成了碳纳米管以及葱状结构；
粒上吸附、分解、扩散并析出碳纳米管。 希望得到的长度直径比至少是20∶1。
进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 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）。 碳纳米管增强陶瓷复合材料
碳纳米管可以在50℃的低温下通过铯与纳米孔状无定形碳的放热反应自发形成； 使用定向排列的CNT薄膜作为阴极的FED具有成本低，工艺简单，可靠性高的特点，可以用来制作点阵式显示器、数码管等各种显示装 置。
发展了一种大量制备碳纳米管的方法——激光脉冲法(laser ablation)，并制造出了大批高质量的单壁纳米管，还组建了纳米管生产公司 优点：具有响应速度快，灵敏度高（较常规高1000倍），重现性好，室温操作等。 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. 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。
二 碳纳米材料的分类
(1)碳纳米管
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，一般 可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管。
(2)纳米碳纤维
纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直 径介于纳米碳管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。
聚集成一定大小的催化剂颗粒。碳氢化合物在催化剂颗 Hafner J H在室温下能够清晰的观测到G型球蛋白的Y型结构。
以熔融碱金属卤化物为电解液，以石墨棒为电极，在氩气气氛中通过电解方法合成了碳纳米管以及葱状结构；
粒上吸附、分解、扩散并析出碳纳米管。 希望得到的长度直径比至少是20∶1。
进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 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）。 碳纳米管增强陶瓷复合材料
碳纳米管可以在50℃的低温下通过铯与纳米孔状无定形碳的放热反应自发形成； 使用定向排列的CNT薄膜作为阴极的FED具有成本低，工艺简单，可靠性高的特点，可以用来制作点阵式显示器、数码管等各种显示装 置。
发展了一种大量制备碳纳米管的方法——激光脉冲法(laser ablation)，并制造出了大批高质量的单壁纳米管，还组建了纳米管生产公司 优点：具有响应速度快，灵敏度高（较常规高1000倍），重现性好，室温操作等。 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. 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）： 由一层石墨烯片组成。
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。
碳纳米管的制备与应用ppt课件
劣势：杂质多
16
3.3.2 等离子体增强化学气相沉积工艺 (Plasma-enhanced CVD, PECVD)
优势：等离子体增强反应活性 外加电场控制生长方向
Science. 1998. 282 (5391): 1105–7.
17
3.3.3 高压一氧化碳合成工艺（HiPCO， High-pressure carbon monoxide synthesis）
将冷的含有羰基铁Fe(CO)5的高压CO气体,和预先加热到1200℃ 的CO气体相混合，使含有催化剂的高压CO气体,在不到1毫秒的 时间内加热到1000℃。这时羰基铁分解出的Fe原子相互碰撞形 成 铁纳米颗粒，铁纳米颗粒进而和 CO反应生成CO2并留下一个 碳原子
2001. Cambridge: Cambridge University1P8 ress.
单壁碳纳米管束
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
不锈钢 凯夫拉纤维
杨氏模量（TPa） ~1 (from 1 to 5)
0.94 0.94 0.92 0.2-0.95 0.186-0.214 0.06-0.18
抗拉强度（GPa） 13-53 126.2 94.5
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
3.4 其它制备方法
固相热解法 水热晶化法 太阳能法 电解法 溶胶凝胶法
16
3.3.2 等离子体增强化学气相沉积工艺 (Plasma-enhanced CVD, PECVD)
优势：等离子体增强反应活性 外加电场控制生长方向
Science. 1998. 282 (5391): 1105–7.
17
3.3.3 高压一氧化碳合成工艺（HiPCO， High-pressure carbon monoxide synthesis）
将冷的含有羰基铁Fe(CO)5的高压CO气体,和预先加热到1200℃ 的CO气体相混合，使含有催化剂的高压CO气体,在不到1毫秒的 时间内加热到1000℃。这时羰基铁分解出的Fe原子相互碰撞形 成 铁纳米颗粒，铁纳米颗粒进而和 CO反应生成CO2并留下一个 碳原子
2001. Cambridge: Cambridge University1P8 ress.
单壁碳纳米管束
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
不锈钢 凯夫拉纤维
杨氏模量（TPa） ~1 (from 1 to 5)
0.94 0.94 0.92 0.2-0.95 0.186-0.214 0.06-0.18
抗拉强度（GPa） 13-53 126.2 94.5
11-160 0.38-1.55
3.6-3.8
断裂伸长率（%） 16 23.1
16.6-17.6
3.4 其它制备方法
固相热解法 水热晶化法 太阳能法 电解法 溶胶凝胶法
碳纳米管的制备与应用
以作为扫描隧道显微镜、原子力显微镜 3.3探针及传感器 和静电力显微镜的探针
3.3探针及传感器
碳纳米管的小尺寸、较大的长径比和 高的机械性能使它可以作为扫描隧道 显微镜、原子力显微镜和静电力显微 镜的探针。能够探测出距表面较深的 沟槽内部形貌，进行表面分子识别和 电子结构分析，同时避免损坏样品及 探针针尖。
碳纳米管全部由碳原子组成，缺陷 少、密度低，具有很高的轴向强度 和刚度，广泛应用于汽车、航空、 航天、船舶、文体用品、土木建筑、 机械等方面
3.2 电子材料及器件
3.2电子材料及器件
碳纳米管可以作为功能电子器件、微型电路的导线、最小的半导体装置、 纳米级的晶体三极管、逻辑门和线路的连接件，应用于微电子器件
其他新型制备技术
在改进传统制备方法的同时 ,研究者还积极探索新的碳纳米管的制备技术. 例如开发出增强等离子体热流体化学蒸气分解沉积法、电解法 、低温固 体热解法、离子轰击生长法 、太阳能法和水热合成法等 但这些方法的制备工艺条件较难控制, 产品质量和产量都相对较低
碳纳米管可以用来干什么呢？？？
3.1碳纳米管复合材料
怎么得到碳纳米管呢？
石墨电弧法
在真空容器中充满一定压力的惰性气 体或氢气,以掺有催化剂 的石墨为电 极, 在电弧放电的过程中阳极石墨被 蒸发消耗 , 同时在阴极石墨上沉积碳 纳米管 ,从而生产出碳纳米管
优点：简单快速, 制得的碳纳米管管直， 结晶度高 缺点：产量不高，容易造成缺陷
激光蒸发法
利用高能量密度激光在特定 的气氛下照射含催化剂的石 墨靶,激发出来的碳原子和催 化剂颗粒被气流从高温区带 向低温区 , 在载体气体中气 态碳在催化剂的作用下相互 碰撞生成碳纳米管.
碳纳米管特殊的力学、电子、热学性 能，可以用于制作各种传感器，具有 结构紧凑、耗能低、操作安全的特点
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
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
碳纳米管PPT课件
3. 某些硝基盐，如NO2BF4 或者NO2SbF6，它只溶解金属性CNT。所 以利用溶液法也可以分离（但该办法只适合于直径小于1.1nm的 CNT）
4. 2003年，双向电泳法出现第，23它页/是共8一1页种能捕捉到80%以上金属性CNT
碳纳米管性质简介
碳纳米管的物理性质与它的结构(如管直径、碳原子排列的螺旋度 等) 密切相关
Physical World, June, 2000,第3216-页36/共; 81S页cience 275, 1922–1925 (1997)
力学性能
• 碳纳米管还有非凡的力学性质，表现出很好的柔韧性。可以承受很大的拉伸应变。 • 碳纳米管的弹性模量在1TPa左右以上，约为钢的5倍，与金刚石的弹性模量几乎相同 • 碳纳米管的弹性应变约为5％，其断裂过程不是脆性断裂，具有一定的塑性，能承受大于40％的应变，理论
第5页/共81页
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（SingleWalled Carbon Nanotubes ，SWNTs）， 直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
高压一氧化碳法(HiPCo)
由于碳氢化合物在 700°C下容易形 成无定型碳，给后 期分离出CNT带来 一定的困难。因为， 用CO代替H-C化合 物，用Fe(CO)5做 催化剂的反应就诞 生了
2CO Fe(CO)5,high_ pressure,1100C CO2 C(CNT )
4. 2003年，双向电泳法出现第，23它页/是共8一1页种能捕捉到80%以上金属性CNT
碳纳米管性质简介
碳纳米管的物理性质与它的结构(如管直径、碳原子排列的螺旋度 等) 密切相关
Physical World, June, 2000,第3216-页36/共; 81S页cience 275, 1922–1925 (1997)
力学性能
• 碳纳米管还有非凡的力学性质，表现出很好的柔韧性。可以承受很大的拉伸应变。 • 碳纳米管的弹性模量在1TPa左右以上，约为钢的5倍，与金刚石的弹性模量几乎相同 • 碳纳米管的弹性应变约为5％，其断裂过程不是脆性断裂，具有一定的塑性，能承受大于40％的应变，理论
第5页/共81页
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（SingleWalled Carbon Nanotubes ，SWNTs）， 直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
高压一氧化碳法(HiPCo)
由于碳氢化合物在 700°C下容易形 成无定型碳，给后 期分离出CNT带来 一定的困难。因为， 用CO代替H-C化合 物，用Fe(CO)5做 催化剂的反应就诞 生了
2CO Fe(CO)5,high_ pressure,1100C CO2 C(CNT )
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18
3.4 其它制备方法
固相热解法 水热晶化法 太阳能法 电解法 溶胶凝胶法
……
碳纳米管的制备与应用
19
4 碳纳米管的纯化
合成产物中，常伴有大量杂质，如无定型碳、富勒烯、 金属催化剂等
碳纳米管的制备与应用
20
4 碳纳米管的纯化
物理方法： 离心分离法 电泳纯化法 过滤纯化法 色谱层析法
材料 单壁碳纳米管 椅式单壁碳纳米管 Z型单壁碳纳米管 手性单壁碳纳米管 多壁碳纳米管
不锈钢 凯夫拉纤维
杨氏模量（TPa） ~1 (from 1 to 5)
0.94 0.94 0.92 0.2-0.95 0.186-0.214 0.06-0.18
抗拉强度（GPa） 13-53 126.2 94.5
11-160 0.38-1.55
化学方法：
电化学氧化法
+
微波加热氧化法
液相氧化法
氢化作用提纯法
Nat.Mater. 2015,14:1087-1098.
碳纳米管的制备与应用
21
挑战与展望
• 碳纳米管生长机理还不够明确，影响碳纳 米管的产量、质量及产率的因素也不清楚
在碳纳米管中组装纳米催化剂
碳纳米管储氢
碳纳米管的制备与应用
9
2 碳纳米管的应用
力学领域+电磁学
+复合材料 +载体 纳米管阵列 二维、三维 排列组合 ……
Science, Vol. 101, No. 11, 2008
碳纳米管的制备与应用
10
3 碳纳米管的制备
碳纳米管的制备方法：
电弧法
激光蒸发法
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ常用
管壁由单石墨片层卷绕而成， 两侧由富勒烯半球封端
碳纳米管的制备与应用
4
1 碳纳米管的结构与特性
根据卷绕方式（n, m）的不同，可分为
✓ 椅式管 armchair n = m
✓ 锯齿型管 zigzag n = 0
✓ 手性管 chiral
n ≠ m, m ≠ 0
单石墨片层
armchair型SW碳纳NT米管的制备与z应ig用zag型SWNT
chiral型SWNT
5
1 碳纳米多管壁的碳纳结米构管与特性
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
碳纳米管的制备与应用
6
2 碳纳米管的应用
在力学领域的应用
化学气相沉积法（CVD法）
增强等离子热流体化学蒸气分解沉积法（PECVD）
高压一氧化碳合成工艺（HiPCO）
其它制备方法
碳纳米管的制备与应用
11
3.1 电弧法
石墨电弧法（传统电弧法）
以石墨为电极，在惰性气体环境 中，电弧放电，消耗阳极石墨， 在阴极上生成碳纳米管 电压 - 12~25 V； 电流 - 50~120 A； 电极间隙 - ~1 mm； 最早应用的碳纳米管合成方法 可生产SWNT和MWNT
石墨电弧法制备纳米碳管装置图
碳纳米管的制备与应用
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
碳纳米管的制备与应用
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
碳纳米管的制备与应用
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
碳纳米管的制备与应用
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
10nm
单壁碳纳米管束
碳纳米管的制备与S应C用IENCE VOL. 273 26 JULY 1996
15
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
碳纳米管的制备与应用
汇报成员：
小组成员：皇甫常欣、任小敏、 阮成飞、黄帅、尹力、曹娜、 石芳、万宁波、王潇、魏泽宇、 石明、陈雯雯、贺敏
碳纳米管的制备与应用
1
目录
01 碳纳米管的结构与特性 02 碳纳米管的应用 03 碳纳米管的制备 04 碳纳米管的纯化 05 挑战与展望
碳纳米管的制备与应用
2
1 碳纳米管的结构与特性
13
3.1 电弧法
b
纯化的SCNTs扫描电 子显微镜图
a
（a）石墨层间夹杂的金属纳米粒子 透射电镜图
（b）a中纳米粒子部分放大图
碳纳米管J的.制P备h与y应s用. Chem. B, Vol. 101, No. 11, 1997
14
3.2 激光烧蚀法
优点：所得碳纳米管品质高， 结构完整，缺陷较少，适合生 长SWNT 缺点：成本高，收率低
将冷的含有羰基铁Fe(CO)5的高压CO气体,和预先加热到1200℃ 的CO气体相混合，使含有催化剂的高压CO气体,在不到1毫秒的 时间内加热到1000℃。这时羰基铁分解出的Fe原子相互碰撞形 成 铁纳米颗粒，铁纳米颗粒进而和 CO反应生成CO2并留下一个 碳原子
碳纳米2管0的0制1.备C与a应m用bridge: Cambridge University Press.
定义：径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级的， 管状一维量子材料。
发现： 发现人：日本科学家饭岛澄男（Sumio Iijima） 时 间：1991年 手 段：高分辨透射电镜（HRTEM） 意 义：开辟了碳家族的又一同素异构体和纳米材 料研究的新领域。
碳纳米管的制备与应用
1 碳纳米管的结构与特性 管状的碳分子，sp2杂化 碳-碳σ键结合起来 形成由六边形组成的蜂窝状结构作为 碳纳米管的骨架
劣势：杂质多
碳纳米管的制备与应用
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3.3.2 等离子体增强化学气相沉积工艺 (Plasma-enhanced CVD, PECVD)
优势：等离子体增强反应活性 外加电场控制生长方向
Science. 1998. 282 (5391): 1105碳–纳7.米管的制备与应用
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3.3.3 高压一氧化碳合成工艺（HiPCO， High-pressure carbon monoxide synthesis）