碳纳米管的结构_制备_物性和应用

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碳纳米管材料的制备及应用

碳纳米管材料的制备及应用

碳纳米管材料的制备及应用一、引言碳纳米管是一种由碳原子组成的纳米管状材料,具有很高的强度和导电性能,在电子学、生物医学等领域有着广泛的应用前景。

本文将介绍碳纳米管的制备方法以及在电子学、生物医学等领域中的应用情况。

二、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有两种:一种是气相法,一种是化学还原法。

1.气相法气相法是指利用化学气相沉积技术制备碳纳米管。

其过程主要包括两个步骤:一是将含有碳源和催化剂的气体注入反应釜,使其在高温条件下发生反应;二是使反应产物在低温下凝聚成分散的碳纳米管。

2.化学还原法化学还原法是指利用还原剂将氧化的碳化合物还原成纯碳,从而制备碳纳米管。

其过程主要包括三个步骤:一是将碳化合物与还原剂混合悬浮在水中;二是加热溶液,使反应发生;三是通过离心等方法,将碳纳米管分离出来。

三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管的高导电性和特殊结构使其成为电子学领域内的研究热点之一。

目前,已经有许多研究表明碳纳米管在场效应晶体管、能带结构调控、光电检测器等领域中都有着广泛的应用。

1.场效应晶体管场效应晶体管是一种用来控制电流的器件,当前许多电子产品都广泛使用这种器件。

碳纳米管因其高导电性和尺寸可控性,成为研究场效应晶体管的新材料。

研究发现,碳纳米管作为场效应晶体管的通道材料,其性能优于传统的有机材料。

2.能带结构调控由于碳纳米管的电子能带结构与其结构排列方式有关,因此能够通过控制其结构排列方式来调控其电子能带结构。

研究表明,调节碳纳米管的结构排列方式可以实现电子能带的控制,为制备新型电子器件奠定了基础。

3.光电检测器碳纳米管具有良好的光电响应特性,因此用于制备光电检测器具有很大的潜力。

一些研究表明,利用碳纳米管制备光电检测器可以获得优异的性能,为实现高性能光电器件奠定了基础。

四、碳纳米管在生物医学中的应用碳纳米管具有良好的生物相容性和生物活性,因此在生物医学领域中应用前景广阔。

在各种应用领域中,碳纳米管可以用于制备生物传感器、药物递送等。

碳纳米管的发现、制备、特性与应用

碳纳米管的发现、制备、特性与应用

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。 1993年,S.Iijima等和DS Bethune等同时报道了采用电弧法, 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。
CNTs的D-band的频率随激发光 能量的降低而减小 相同激发光能量下,DWNTs的D 峰频率最低。内外层作用力的影响。
斜率~26.5cm-1/ev CNTs:WD=W0+26.5Elaser MWNTs W0=1285 DWNTs 1260 SWNTs 1270
2.AFM+STM
尽管分辨率没有TEM那么高,但是AFM技术能够同时 获得碳纳米管的直径和长度信息,如下图所示。非常有趣 的是,碳纳米管也被用作AFM的针尖。
STM在碳管的缺陷,功能化,螺旋度测量以及其他许 多方面的研究都是非常有用的。同样的,CNT一样可以用 作STM的针尖,这是因为它具有一维结构和韧性的特点。
一、碳纳米管的发现
一直以来人们认为自然界只存在两种碳的同素异形体: 金刚石、石墨。但到20世纪80年代以来发现了一些纳米尺 寸的新型纳米材料,C60,碳纳米管等等。
1991年,日本NEC公司Iijima 第一个发现了多壁碳纳米管 (MWNTs)。Iijima在观察电弧蒸 发石墨得到的各种产物的时候, 在不断改变实验条件过程中,发 现所得到的产物中除了制备C60时 出现的灰状产物以外,在电极上 还有一些呈针状的产物。 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。

碳纳米管材料的性质分析与应用

碳纳米管材料的性质分析与应用

碳纳米管材料的性质分析与应用碳纳米管是一种由碳原子组成的纳米材料,具有高强度、高导电性和高导热性等特点,因此受到了广泛关注。

本文将讨论碳纳米管材料的性质分析与应用。

一、碳纳米管的结构和性质分析碳纳米管的结构类似于由碳原子组成的一个或多个圆柱形,其直径大约在1到100纳米之间,长度可以达到数十微米。

碳纳米管具有很强的机械强度和稳定性,原因在于其碳原子之间形成了一种非常稳定的共价键结构。

在电学方面,碳纳米管也表现出极好的导电性能,从而在电子器件和导电材料中发挥了重要作用。

此外,碳纳米管还具有热稳定性、化学稳定性以及低摩擦等优异特性,使其在仿生学、材料学和机械工程等领域具有广泛的应用前景。

二、碳纳米管在电子器件中的应用由于碳纳米管的半导体性质和导电性能,因此在纳米电子学研究领域中得到了广泛应用。

最近的研究表明,碳纳米管可以作为半导体材料制备场效应晶体管,并在微电子器件和集成电路中发挥重要作用。

碳纳米管场效应晶体管可以大大提高电路的响应速度和功率效率,此外还具有在高电压下良好的稳定性。

由于碳纳米管的微观尺寸限制了电路的噪声限制,从而提高了电路的信噪比。

三、碳纳米管在生物医学中的应用碳纳米管在生物医学中的应用可追溯到2002年,研究表明碳纳米管在生物医学中的应用主要侧重于药物释放、生物成像和作为实验室生物学中的牵引工具等方面。

其中,碳纳米管的药物释放功能是最有发展前景的应用之一。

碳纳米管可以通过修饰表面分子和光敏剂等手段,控制药物的释放速度和药效,从而有效地治疗癌症和其他疾病。

四、碳纳米管在材料加固中的应用碳纳米管的高强度和稳定性也被广泛应用于材料加固领域,例如高强度的复合材料和防弹衣等。

由于碳纳米管的高强度和低密度,因此对于机载、航空和装甲等应用,可以降低材料的重量,提高其效率。

五、碳纳米管在环境治理中的应用碳纳米管还可以作为环境治理的重要工具,如有机污染物的去除和水资源的净化等。

例如,研究表明碳纳米管可以通过吸附和光催化降解机制,去除水中的有机污染物。

碳纳米管的多功能性质及其应用前景展望

碳纳米管的多功能性质及其应用前景展望

碳纳米管的多功能性质及其应用前景展望碳纳米管是一种结构独特的碳材料,拥有众多优异的物理和化学特性。

它具有极高的强度和刚度,同时也具有优异的导电和导热性能。

这些特性使得碳纳米管成为一种极具应用前景的材料,被广泛应用于能源、材料、生物医学等领域。

1. 碳纳米管的制备碳纳米管的制备方法有很多种,如化学气相沉积(CVD)、电弧放电法、负离子注入等。

其中,CVD法是当前最主流的碳纳米管制备技术之一。

CVD法是利用金属催化剂如铁、镍等作为碳纳米管生长的催化剂,将一种含碳气体(如甲烷、乙烯等)引入反应管,通过高温下的化学反应,使碳纳米管沉积在催化剂表面上。

2. 碳纳米管的多功能性质碳纳米管具有多种优异的性质,如下所示:(1)高强度和高韧性碳纳米管的强度是钢铁的几百倍,可以承受极高的压力和拉力,同时也具有很好的韧性和弯曲性。

(2)很好的导电性和导热性碳纳米管是优秀的导电体和导热体,在微电子学和热管理领域有广泛的应用。

(3)超大的比表面积碳纳米管的比表面积极大,可以用于催化剂的载体、气体吸附材料和超级电容器等领域。

(4)抗腐蚀性能强由于碳纳米管形成的C-C键很强,因此碳纳米管具有很好的化学稳定性和抗腐蚀性能。

(5)生物相容性好碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景,因为碳纳米管与生物组织有很好的相容性。

3. 碳纳米管的应用前景展望目前,碳纳米管已经在多个领域得到了广泛的应用,下面列举几个典型的应用领域。

(1)能源领域碳纳米管作为电极材料被广泛应用于锂离子电池、超级电容器等能源领域。

碳纳米管的高比表面积和优异的导电性能使得其在能量密度和充电速度等性能上具有优势。

(2)材料领域碳纳米管作为一种新型材料,正在被广泛应用于复合材料、高强度纤维和超级材料等领域。

(3)生物医学领域碳纳米管在生物医学领域的应用前景非常广泛,可以用于药物输送、疫苗制备等领域,同时也可以用于生物成像和生物传感器等领域。

(4)环境领域碳纳米管可以用于污染物的检测和治理,同时也可以作为环境治理材料,如吸附材料等。

碳纳米管的合成和应用

碳纳米管的合成和应用

碳纳米管的合成和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料,以其独特的物理和化学性质,在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。

本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。

一、碳纳米管的合成方法碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现,并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。

该方法是通过电弧放电在高温下制备,得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。

随后,人们发现在碳纳米管形成的高温条件下,化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。

通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。

此外,离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。

这些方法各有优缺点,可以根据具体应用需求选择合适的方法。

二、碳纳米管的结构特征碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。

SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管,直径在1-2nm左右;MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的,直径在10-30nm左右。

SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。

SWNTs具有高比表面积和高机械性能,同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。

MWNTs的壁层数越多,直径越大,内壁和外壁之间的距离也越大。

MWNTs的直径越大,其比表面积也越小,但其机械性能就越强。

MWNTs和SWNTs相比,其电导率、热导率和力学性能都要略低。

同时,MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理,应用更为广泛。

除了单壁和多壁两种结构外,根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型,如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。

新材料科学中的碳纳米管材料

新材料科学中的碳纳米管材料

新材料科学中的碳纳米管材料碳纳米管是一种由碳原子构成的管状结构,在新材料科学中具有重要的应用价值。

碳纳米管的特殊结构使得它具有许多独特的性质和优异的物理化学性能,有着广泛的应用范围和前景。

一、基本介绍碳纳米管是一种类似于石墨烯的碳材料,其结构是由碳原子构成的具有管状形态的微观结构。

碳纳米管的直径在纳米级别,一般为1纳米到50纳米之间。

它的长度可以是数十微米到数百微米,甚至可以达到数厘米以上。

碳纳米管具有很多独特的性质,比如强度高、导电性好、导热性好、化学稳定性强等等。

这些性质决定了碳纳米管可以广泛应用于电子、机械、光学、化学等领域。

二、应用领域1.电子领域在电子领域中,碳纳米管作为一种新型的半导体材料,具有很多优异的性质,如高电导率、高耐电压性、超短开关时间等。

这些特点使得碳纳米管可以广泛应用于晶体管、场效应晶体管、逆变器、传感器等电子器件中。

2.机械领域在机械领域中,碳纳米管有着很高的强度和韧性,可以被用于制作高强度的机械零部件。

例如,碳纳米管可以制成强度高、重量轻、耐磨损的轮胎、杆、桥梁等。

此外,碳纳米管还可以制成高性能的自行车、汽车、飞机等机械设备。

3.光学领域在光学领域中,碳纳米管可以制成具有高透明度和高导电性的薄膜,可以被应用于太阳能电池板、智能窗等光学器件中。

4.化学领域在化学领域中,碳纳米管可以被用作催化剂、吸附剂和分离材料。

例如,碳纳米管可以被用来催化氢气的产生和净化工业废气。

此外,碳纳米管还可以被用来制备高效的分离膜,用于饮用水的净化。

三、未来发展趋势由于碳纳米管具有独特的物理化学性质,有着广泛的应用前景,因此在近年来得到了广泛的关注。

未来,碳纳米管的发展将主要集中在以下几个方面:1.化学合成方法的改进当前,碳纳米管的主要制备方法是电弧放电法、激光热解法和化学气相沉积法。

然而这些方法存在制备成本高、质量不稳定、难于大规模制备等问题。

因此,未来的发展方向是改进或发展出更简单、更可控性强、更可扩展的制备方法,以适应未来碳纳米管的大规模制备需求。

碳纳米管简介

碳纳米管简介

加强基础研究和创新能力
深入研究结构与性能关系
进一步揭示碳纳米管的微观结构和性 能之间的关联,为新应用提供理论支 持。
探索新的合成方法
加强跨学科合作
与化学、物理、生物等学科进行交叉 合作,拓展碳纳米管的应用领域。
开展新合成方法的研究,实现碳纳米 管的绿色合成和可控合成。
建立产业联盟和创新平台
促进产学研合作
导电材料
碳纳米管具有优异的导电性能,可作为复合材料的导电填料,提高材料的导电性能。
半导体领域
晶体管
碳纳米管具有优异的半导体性能,可 用于制造高性能晶体管,提高集成电 路的性能和集成度。
传感器
碳纳米管具有较高的化学敏感性和光 电响应性,可用于制造高性能传感器 ,用于环境监测、生物医学等领域。
纳米电子领域
碳纳米管的应用领域
电池领域
电池电极材料
碳纳米管具有优异的导电性能和比表 面积,可作为高性能电池电极材料, 提高电池的能量密度和充放电效率。
电池隔膜材料
碳纳米管具有较高的机械强度和化学 稳定性,可用于制造高性能电池隔膜 ,提高电池的安全性和稳定性。
复合材料领域
增强材料
碳纳米管具有优异的力学性能和化学稳定性,可作为复合材料的增强剂,提高材料的强度和韧性。
化学反应性
碳纳米管具有较高的化学反应性,可以在高温下与多种氧化剂反应,也可以在催化剂的作 用下进行加氢反应。此外,碳纳米管还可以通过表面修饰改性来提高其化学反应性和相容 性。
表面基团
碳纳米管的表面可以含有多种基团,如羧基、羟基、羰基和环氧基等。这些基团的存在会 影响碳纳米管的化学反应性和相容性。
稳定性
碳纳米管简介
汇报人: 2023-12-15

碳纳米管材料的制备与应用

碳纳米管材料的制备与应用

碳纳米管材料的制备与应用随着科技的不断发展,人类需要的材料也越来越多样化。

其中,碳纳米管材料已经逐渐成为各个领域的研究热点。

碳纳米管是由碳原子组成的管状结构,具有优异的电学、热学和机械性能,因此在材料科学、能源、电子学、生物医学等领域都有广泛的应用。

本文将着重讨论碳纳米管的制备与应用。

一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法分为两类:化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD)。

其中,化学气相沉积是目前主流的制备方法。

1. CVD法CVD法是一种将碳源物质通过高温反应在衬底上形成碳纳米管的方法。

该方法在过去几十年间被广泛应用。

其原理是将在高温下分解的碳源物质(MgO、Fe、Co、Ni等金属薄膜)与甲烷(CH4)等碳源反应,生成碳纳米管。

产生的碳纳米管在金属薄膜上进行生长,成品碳纳米管可以被用于许多领域,如生物医学、电子学和机械工程。

2. PVD法PVD法是物理气相沉积法,是将高温高真空条件下的碳到金属薄膜表面,使其发生化学反应产生的碳纳米管。

PVD法和CVD法相比,能够控制制备的材料的形态,所以在某些行业中得到了广泛应用。

二、碳纳米管的应用碳纳米管可应用于生物医学、电子,机械工程等诸多领域中。

下面我们将简述几个典型应用案例。

1.生物医学碳纳米管是最有前途的纳米生物材料之一,具有良好的潜在应用前景。

例如,在体内使用碳纳米管作为药物载体能够提高药物在体内的分布,从而改善治疗效果。

同时还可以在生物医学领域中应用到组织修复等方面。

虽然在生物医学应用领域,碳纳米管还有各种缺陷需要克服,但其无疑是一个相当有前景的材料。

2. 电子碳纳米管在电子领域中的应用被认为是随着大小更小的范围的涌现而产生的。

碳纳米管的应用在电学方面主要有两个方面:体积很小时还能保持完美的电性;因其结构的高度均匀性而成本效益较高。

3. 机械工程由于碳纳米管的力学性质优异,具有较高的韧性和高强度,可以有效解决一些结构耐磨、化学稳定度和热稳定度较差、承载能力不足,同时仍具有大量不仅仅是机架化的性能的问题,也具有广泛的应用和前景。

碳纳米管的性质与应用

碳纳米管的性质与应用

碳纳米管的性质与应用【摘要】本文主要介绍了碳纳米管的结构特点,制备方法,特殊性质,由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用,并对其前景进行展望。

【关键词】碳纳米管场发射复合材料优良性能【前言】自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来,碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。

由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等,故其在许多领域具有其广阔的应用前景,自问世以来即引起广泛关注。

目前,国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究,科研成果颇丰,尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。

【正文】一、碳纳米管的结构碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主,同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲,形成空间拓扑结构,其中可形成一定的sp3杂化键,即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态,而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键,碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。

对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明,不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管,其表面都结合有一定的官能基团,而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异,后处理过程不同而具有不同的表面结构。

一般来讲,单壁碳纳米管具有较高的化学惰性,其表面要纯净一些,而多壁碳纳米管表面要活泼得多,结合有大量的表面基团,如羧基等。

以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明,单壁碳纳米管表面具有化学惰性,化学结构比较简单,而且随着碳纳米管管壁层数的增加,缺陷和化学反应性增强,表面化学结构趋向复杂化。

内层碳原子的化学结构比较单一,外层碳原子的化学组成比较复杂,而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。

由于具有物理结构和化学结构的不均匀性,碳纳米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微环境,因此也具有能量的不均一性[2]。

碳纳米管不总是笔直的,而是局部区域出现凸凹现象,这是由于在六边形编制过程中出现了五边形和七边形。

碳纳米管材料的性质及应用

碳纳米管材料的性质及应用

碳纳米管材料的性质及应用近年来,碳纳米管作为一种神奇的新材料,逐渐成为了科学研究及工程应用中备受瞩目的材料之一。

碳纳米管具有非常出色的力学、电学和光学性能,因此被广泛地应用于电子器件、太阳能电池以及生物医学领域等高新技术领域。

本文将探讨碳纳米管材料的性质及应用领域。

一、碳纳米管的基本结构和性质1. 碳纳米管的结构和尺寸碳纳米管是由由单层或多层石墨烯卷曲而成的纳米管。

相对于传统的纤维素和聚酯纤维,碳纳米管的直径非常小,一般在1-50纳米之间,长度通常为数百微米到几毫米,甚至达到厘米级别。

2. 碳纳米管的力学性质碳纳米管具有很强的力学性能,其刚度可媲美钢铁,但密度仅为碳钢的四分之一。

因此,碳纳米管被广泛应用于强度要求高、重量要求轻的领域,如太空探索领域和航空航天设备领域等。

3. 碳纳米管的电学性质碳纳米管在电学特性方面表现非常突出,可以用来制作复杂的纳米电子器件。

碳纳米管的电学性能非常优异,主要表现在很高的电导率、稳定性和热传导率等方面。

可以将其应用于半导体器件、触控屏幕、柔性电路板等领域。

4. 碳纳米管的光学性质碳纳米管的光学性能是其应用领域之一。

由于碳纳米管的直径非常小,因此对光的吸收和散射产生了很特殊的影响。

例如,碳纳米管可以用于太阳电池领域,能够将大量光线转化为电能。

二、碳纳米管的应用领域1. 碳纳米管的生物医学应用碳纳米管在生物医学领域中应用广泛,主要包括抗肿瘤疗法、药物载体、病菌检测,以及细胞图像学等方面。

与传统的药物相比,碳纳米管具有更好的生物相容性、渗透性和药物传递性等特性。

2. 碳纳米管在电子领域的应用碳纳米管在电子领域的应用非常广泛,包括晶体管、纳米电路板、半导体器件等。

由于碳纳米管的电导率极高,因此可以用来制作高性能的传输线路和电子器件。

3. 碳纳米管的材料增强应用碳纳米管可以应用于增强其他材料的性能,如增强聚合物、金属基复合材料的强度和硬度等。

这不仅可以提高材料的热稳定性和抗氧化性,还可以延长材料的寿命。

碳纳米管的制备与应用

碳纳米管的制备与应用

碳纳米管的制备与应用碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)是一种由碳元素构成的纳米材料,具有优异的物理和化学性质,广泛应用于多个领域,如电子学、材料科学、能源储存等。

本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在各个领域的应用。

一、碳纳米管的制备方法1. 弧放电法:通过在一个单位大气压下的两个碳电极之间施加高电流和高电压,利用碳电极表面产生的高温和高热量,从而在电极上形成弧光放电,使得碳纳米管得以制备。

2. 化学气相沉积法:将碳源(如甲烷、乙腈等)和催化剂(如金属镍、铁等)同时输入到高温反应室中,通过热裂解反应,使碳源气体分解并在催化剂表面形成碳原子,最终形成碳纳米管。

3. 化学液相沉积法:将碳源和催化剂溶解在有机溶剂中,通过调节反应条件(如温度、反应时间等),使碳源中的碳原子在催化剂的作用下结晶生长为碳纳米管。

二、碳纳米管的应用领域1. 电子学:碳纳米管因其优异的电子输运性能被广泛应用于电子元件的制备。

其具有高电导率、高载流子迁移率和优异的机械强度,可用于制造高性能的场效应晶体管(FET)、集成电路、柔性电子等。

2. 材料科学:碳纳米管可以作为增强剂添加到金属基体中,提高材料的力学性能。

此外,碳纳米管还可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的吸附材料,广泛应用于气体吸附、催化剂载体等领域。

3. 能源储存:碳纳米管作为超级电容器材料具有高比电容和长循环寿命,可广泛应用于储能装置和电动车辆中。

此外,碳纳米管还可以用于锂离子电池电极材料的改性,提高电池的能量密度和循环寿命。

4. 生物医学:碳纳米管因其良好的生物相容性和荧光性能,在生物医学领域具有广泛的应用前景。

例如,碳纳米管可以用作药物传递载体,通过改变管壁上的功能基团,实现对药物的控制释放;同时,其荧光性质还可用于生物分子探测和光热治疗等。

总结起来,碳纳米管作为一种新型纳米材料,在电子学、材料科学、能源储存和生物医学等领域具有广泛应用前景。

碳纳米管简介及应用

碳纳米管简介及应用

碳纳米管载体
4.碳纳米管负载非晶态合金催化剂
超细粒子非晶态合金不但具有比表面积大、表面能高,而且
还具有短程有序、长程无序的结构特点是一种理想的催化材料, 但纯态的超细非晶态合金存在热稳定性差、催化剂成本高且难于
产物分离等特点。工业应用难度较大,通常是把非晶态合金负载
于一定的载体上,不仅能降低催化剂的制备成本,而且还能大大 改善催化性能、提高催化剂的热稳定性、是非晶态合金催化剂工
(3)碳纳米管作为催化剂载体的应用
1. 碳纳米管负载纳米金属催化剂 在碳纳米管的表面包裹或复合金属物质,不仅可以改善其导 电性、抗腐蚀性、润滑性、硬度等物理性能还可以使碳纳米管与 金属基体之间的结合力加强。同时由于碳纳米管自身具有较高的 比表面积,使得金属颗粒能够较好的分散,从而具有较高的催化 活性。金亚旭等用等体积浸渍法制备的纳米碳管负载金属镍催化 剂,研究表明,碳纳米管所负载的镍催化剂在叶绿素加氢反应中 能够保持高分散态,不会发生团聚,且有较高的反应活性能使叶 绿素分子开环生成各种小分子。
碳纳米管
碳纳米管具有独特的结构和物理化学性质并有潜
在的用途立刻引起物理、化学和材料等学科科学界的
极大兴趣,成为全世界研究的热点之一。同时,还由 于碳纳米管具有极大的比表面、优良的机械性能、化 学稳定性、以及独特的孔腔结构和吸附性能,也被认 为是一种优良的载体。
碳纳米管
(1)碳纳米管的结构
碳纳米管是碳的一种同素异形体,是由单层或多层石墨片围绕
碳纳米管载体
碳纳米管载体
2.碳纳米管负载纳米金属氧化物催化剂
Wang等采用改进的溶胶--凝胶法制备了多壁碳纳米管
TiO2/MWNTs复合光催化剂 ,结果表明 MWNTs与TiO2 之间的强相

碳纳米管材料的性质与应用

碳纳米管材料的性质与应用

碳纳米管材料的性质与应用碳纳米管是一种由碳元素构成的纳米结构材料,其具有很高的强度、导电性和导热性能。

自从1991年由日本学者发现后,碳纳米管便引起了科学界的广泛关注,成为了材料科学领域的热点研究方向之一。

本文将介绍碳纳米管的性质和应用。

一、碳纳米管的性质1.1 碳纳米管的结构碳纳米管是一种由碳原子构成的微观管状结构,其形状可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。

单壁碳纳米管由单个碳原子层卷曲形成,直径一般在1~2纳米左右,而多壁碳纳米管则由多个碳原子层卷曲而成,直径可以在数纳米到数十纳米之间。

1.2 碳纳米管的力学性能碳纳米管具有很高的力学性能,其弹性模量和屈服强度比传统材料高出几倍甚至几十倍。

由于碳纳米管的直径和壁厚均非常小,因此在发生变形时可以克服大量的应力,从而具有很高的弯曲和扭曲韧性。

1.3 碳纳米管的电子性能碳纳米管具有很好的电学性能,其电导率比传统的铜、铝等金属还要高出数十倍。

同时,碳纳米管也是一种半导体材料,在不同的电场和温度下,其导电性能可以发生显著变化。

此外,碳纳米管的电子输运性质与其几何和结构特征密切相关。

二、碳纳米管的应用2.1 碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管具有很高的导电性和导热性能,因此可以用作导电、导热材料,例如,可以将碳纳米管添加到锂离子电池正极材料中来提高电池的性能,或将其作为热界面材料用于高性能散热器等的制造。

2.2 碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管不仅具有高强度和高弹性模量,其力学性能还可以受到温度、形状和其它表面效应的影响,因此可以用于制造高性能复合材料、聚合物纤维增强材料等。

同时,碳纳米管还可以用于提高材料的阻隔性能,例如,可以将碳纳米管添加到聚合物基体中来制造高性能包装材料和过滤材料等。

2.3 碳纳米管在生物医学领域的应用由于碳纳米管的生物相容性和表面化学性质的特殊性,其在生物医学领域也具有广泛的应用前景。

例如,可以将碳纳米管作为药物输送体,将药物通过碳纳米管输送到人体内部,从而提高药物的生物利用度和疗效。

碳纳米管的物理学和应用

碳纳米管的物理学和应用

碳纳米管的物理学和应用摘要碳纳米管是一种由碳原子组成的管状结构,具有非常独特的物理和化学性质。

在过去的几十年中,碳纳米管已经成为纳米科技领域的热点研究对象,同时也被广泛应用于电子、机械、光学等多个领域。

本文将对碳纳米管的物理学和应用进行详细介绍,以期为读者提供全面的了解和深入的认识。

一、碳纳米管的结构和性质碳纳米管是由碳原子通过一定的结构排列方式形成的一种管状结构,通常具有单壁和多壁两种形式。

在单壁碳纳米管中,碳原子以六边形的方式排列形成一个层面,然后将这个层面卷曲成一个管状结构,形成碳纳米管。

而在多壁碳纳米管中,多个单壁碳纳米管以同轴的方式排列组合形成了多个层次的管状结构。

碳纳米管具有非常独特的物理和化学性质。

首先,由于其直径非常小,因此碳纳米管具有极高的比表面积,可以在表面吸附大量的分子和原子,具有很好的吸附性能。

其次,由于碳纳米管中的碳原子具有非常高的sp2杂化程度,因此具有非常高的结晶性和强度,可以承受非常大的拉伸和弯曲力。

此外,碳纳米管还具有良好的导电性和热导性,因此被广泛应用于电子和光学领域。

二、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术主要包括化学气相沉积、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等几种方法。

其中,化学气相沉积是目前应用最广泛的方法之一。

该方法利用碳源和载气在高常有效的制备方法。

三、碳纳米管的应用碳纳米管具有广泛的应用前景,可以用于电子、机械、光学、化学等多个领域。

具体应用包括:电子领域:碳纳米管可以作为电子场发射材料,具有良好的电子输运性能和稳定性,因此可以应用于显示器、太阳能电池、荧光屏等电子设备中。

机械领域:由于碳纳米管具有非常高的强度和韧性,因此可以应用于材料增强和制备高强度复合材料。

同时,碳纳米管还可以用于制备高性能电机、传感器等器件。

光学领域:碳纳米管具有优异的光学性能,可以用于制备光学增益介质、红外吸收材料等。

化学领域:碳纳米管可以作为催化剂载体,用于制备高效的催化剂。

碳纳米管的制备、性质和应用进展

碳纳米管的制备、性质和应用进展

在化学传感器和生物传感器领域,碳纳米管的敏感度高、响应速度快,可检测 多种化学物质和生物分子。例如,多壁碳纳米管可检测空气中的有害气体分子, 单壁碳纳米管可检测生物体内的病毒和细菌。这些应用为化学和生物分析提供 了新的检测手段。
在硬材料制备领域,碳纳米管因其卓越的力学性能和热导率而被用于制备高性 能复合材料和耐磨材料。例如,将碳纳米管添加到塑料或橡胶中可显著提高材 料的强度、韧性和热稳定性。此外,碳纳米管还被用于制造刀具和轴承等耐磨 器件,其高硬度和高耐磨性使得这些器件的性能得以显著提升。
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碳纳米管的电子结构研究表明,它们具有金属性和半导体性两种类型,具体取 决于碳纳米管的层数和手性。碳纳米管的导电性能与金属导线相似,具有高电 导率。同时,碳纳米管还具有优异的热导率,可高达6000 W/m·K,远高于铜。
碳纳米管的应用:
由于其独特的结构和性能,碳纳米管在电子、化学传感器、生物传感器和硬材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
3、生物医学领域
在生物医学领域,碳纳米管膜也展现出广阔的应用前景。由于其生物相容性和 良好的电性能,碳纳米管膜可以作为药物载体和细胞培养基底。研究表明,将 药物包裹在碳纳米管膜内,可以实现对药物的精确控制和靶向输送。同时,碳 纳米管膜还可以作为细胞生长支架,促进细胞的黏附和增殖。
4、电子器件领域
然而,尽管碳纳米管的研究已经取得了许多成果,但仍存在一些问题需要进一 步探讨。例如,碳纳米管的制备过程中,如何实现规模化生产并降低成本;在 性质方面,如何控制碳纳米管的形貌和性能;在应用方面,如何将碳纳米管更 好地应用到实际生产和科学研究中。
同时,随着科技的不断进步和创新,碳纳米管的研究和应用前景也日益广阔。 未来,可以进一步探索碳纳米管在其他领域的应用,如能源、环保、生物医学 等。此外,随着人工智能和大数据等技术的快速发展,可以预见碳纳米管的研 究和应用将越来越受到智能化和数字化的影响,这将会为碳纳米管的研究和应 用带来更多的机遇和挑战。

碳纳米管材料的性质与制备

碳纳米管材料的性质与制备

碳纳米管材料的性质与制备碳纳米管,是由纯碳原子构成的中空圆柱形微纳结构材料,具有独特的物理、化学和力学性质,因此在许多领域具有广泛的应用前景。

本文将重点介绍碳纳米管的性质与制备方法。

一、碳纳米管的性质1. 结构性质碳纳米管的结构可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。

单壁碳纳米管是由一个或多个层状的石墨烯卷曲而成,多壁碳纳米管则是由许多个单壁碳纳米管套在一起形成的。

单壁碳纳米管具有较小的直径和较大的比表面积,多壁碳纳米管则具有较大的内径和较大的机械强度。

2. 电学性质碳纳米管具有良好的导电性和半导体性质,可以根据电极材料和掺杂方式调节导电性能。

其导电性能优于铜和铝,同时还具有良好的电子输运性能和电流密度承载能力。

3. 力学性质由于碳纳米管的中空结构和碳原子之间的共价键连接,使其具有优异的强度和刚性。

碳纳米管的力学性质可用于增强复合材料、制备高强度纤维等领域。

4. 热学性质碳纳米管具有出色的热导率,可高达3000-6000W/mK,在导热材料和热管理器件中具有广泛的应用潜力。

二、碳纳米管的制备方法1. 弧放电法弧放电法是碳纳米管最常用的制备方法之一。

该方法通过在高温环境下,将碳电极和反应气体(如氩气、氢气和甲烷等)放电,使碳电极表面生成碳原子团簇,进而形成碳纳米管。

2. 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制备方法。

该方法是将碳源气体(如甲烷、丙烷和乙炔等)和催化剂(如铁、镍、钼等)一起通入高温的炉管中,通过催化剂的作用,使碳源气体分解生成碳纳米管。

3. 水热合成法水热合成法是制备碳纳米管的一种简单、环保的方法。

该方法通常在高压、高温的水溶液中加入碳源和催化剂前驱体,通过水热反应,在催化剂的作用下生成碳纳米管。

4. 化学还原法化学还原法是利用化学反应还原碳源,生成碳纳米管的方法。

常见的化学还原法包括使用硼氢化钠、氨水、硝酸盐等还原剂,将碳源还原成碳纳米管。

结论碳纳米管是一种重要的纳米材料,具有独特的物理、化学和力学性质。

碳纳米管的制备与应用

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

碳纳米管的制备及应用

碳纳米管的制备及应用

碳纳米管的制备及应用碳纳米管是一种结构特殊的纳米材料,由于其独特的结构和性质,被广泛应用于各个领域。

本文将从碳纳米管的制备和应用两个方面进行介绍。

一、碳纳米管的制备碳纳米管的制备方法主要有化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法、物理气相沉积法、化学液相法等。

其中,化学气相沉积法是目前制备碳纳米管的主要方法。

该方法是通过对一种碳源或碳和气体的反应,生成碳纳米管。

具体步骤为:1、将金属催化剂(如铁、镍、钴等)置于石英玻璃管中,加热至较高温度。

2、在金属催化剂的表面构筑碳源分子,如甲醛、乙烯等。

3、在高温下实施气相反应,生成碳纳米管。

此外,还可以利用物理气相沉积法制备碳纳米管。

该方法是利用低压下的等离子体或离子束在金属催化剂表面生成碳原子,通过控制反应温度和时间等参数,实现碳纳米管的控制生长。

化学液相法则是采用溶胶胶凝法和液相氧化法等方法在溶液中合成碳纳米管,这种方法制备的碳纳米管纯度高,可控性较好。

二、碳纳米管的应用1、电子领域由于碳纳米管具有高导电性、热稳定性和机械强度等特点,因此广泛应用于电子领域。

碳纳米管可以被用来制作场发射器、晶体管、发光二极管等电子元件,具有重要的应用价值。

2、生物医学领域由于碳纳米管具有高表面积、强光吸收、低毒性等特点,因此在生物医学领域也有广泛应用。

碳纳米管可以被用来制作药物载体、生物传感器和基因传递系统等,可以在癌症治疗、生物成像、疾病诊断等方面发挥作用。

3、制备材料领域碳纳米管可以与其他材料组合使用,制备出具有特殊性能的材料。

如与金属组合,可以制备出具有高强度、高硬度和高导电性的复合材料;与聚合物组合,可以制备出具有较高导电率和较好机械强度的聚合物复合材料。

4、油气开采领域在油气开采领域,碳纳米管可以被用作催化剂载体、油管涂层等,具有高度的应用前景。

碳纳米管可以被用来制备分离材料或改性涂料,用于地下油藏的渗透调节、油品分离、纯化和催化转化等领域。

总之,碳纳米管以其独特的结构和性质,在各个领域有着广泛的应用。

碳纳米管的制备与应用

碳纳米管的制备与应用

碳纳米管的制备与应用碳纳米管是一种碳原子以特定结构组装形成的纳米材料,具有高强度、高导电性、高热导率等优良性质,被视为未来材料领域的重要发展方向之一。

本文将分别从碳纳米管的制备和应用两个方面进行探讨。

一、碳纳米管的制备现代科技已经能够制备出不同规格和形态的碳纳米管,主要包括以下几种方法:1. 碳热还原法碳热还原法是制备碳纳米管的传统方法,其核心是将含有碳源的气体通过放电或高温热分解产生碳烟,再经过特定温度条件下的还原、气化、注入等过程得到碳纳米管。

这种方法的优势是制备过程简单、可控性好,但缺点是需要高温高压条件下反复重复操作,具有工艺复杂、成本高等问题。

2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是通过将含有碳源的气体与金属催化剂反应,使得碳源被催化转化为碳纳米管,其优势在于工艺简单、制备过程易控制,缺点是需要高催化剂浓度条件下反复反应,具有生产过程中催化剂残留、生成的碳纳米管质量不稳定等问题。

3. 电弧放电法电弧放电法通过在氧气或氮气等气氛中以石墨电极为原料进行高温高能的放电反应,使得碳原子以碳纳米管结构组装形式存在,其优势在于能够制备出大面积、高纯度的碳纳米管,缺点是制备过程需要高强度放电条件下操作,存在粒径分布不均等问题。

以上三种方法都能够制备出碳纳米管,但其核心技术和优劣势等存在差异。

未来,人们将继续探索制备更优质、绿色环保的碳纳米管方法。

二、碳纳米管的应用碳纳米管具有优良的物理和化学性质,因此在多种领域具有重要的应用价值。

1. 电子领域碳纳米管具有优异的导电性能,可以用于电路的制作,具有极高的传输速度和低功耗等特点。

此外,碳纳米管还可以用于超级电容器、锂离子电池等电池领域,提高了电池的使用寿命和安全性。

2. 材料领域由于碳纳米管具有高强度、高硬度等特点,因此可以应用于复合材料、纳米增强材料、智能材料等领域。

例如,碳纳米管与高分子复合材料能够制作出超强、高韧、耐疲劳的纤维材料。

3. 生物医学领域碳纳米管与生物分子、细胞等具有优良的相容性和穿透性,能够用于生物分子传感、生物成像、药物传递等应用。

碳纳米管的物理性质和应用

碳纳米管的物理性质和应用

碳纳米管的物理性质和应用碳纳米管是一种由一层或多层碳原子组成的管状结构。

它的直径只有几纳米,但却可以达到几毫米长。

由于碳纳米管具有独特的结构和物理性质,因此它被广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域。

本文将重点介绍碳纳米管的物理性质和应用。

一、物理性质碳纳米管是一种具有高度强度和刚度的材料。

它的强度是钢的百倍以上,而其弹性模量则是钢的两倍以上。

此外,碳纳米管还具有优异的导电、导热和光学性质。

它的导电性能比铜好,而其导热性能则比铜好几倍。

碳纳米管还可用于制备透明电极和红外传感器等。

碳纳米管还具有独特的磁性和光学性质。

它可以表现出金属、半导体或半金属等不同的电子结构,并在不同颜色的光下呈现出不同的吸收和发射现象。

这些特性为研究碳纳米管的物理性质提供了更多的可能。

二、应用领域1. 电子领域由于碳纳米管的导电性能好,因此它已被广泛应用于电子领域。

碳纳米管可以被用作晶体管管道、热发电装置、场发射器、高频电子器件和电磁屏蔽材料等。

此外,碳纳米管还具有较高的电化学反应活性,可用于电化学传感器和电池。

2. 化学领域碳纳米管还可用于催化反应。

碳纳米管可以作为高效催化剂,可用于水的分解、制备氢气或是催化有机反应等。

同时,碳纳米管还可以用于填充或包装小分子,制备新型纳米材料。

3. 生物和医学领域由于碳纳米管的直径趋近于细胞和大分子水平,因此它可以作为纳米生物材料应用于生物学和医学研究中。

碳纳米管可以用于药物的传递和释放、生物成像、基因测序、组织修复和细胞治疗等领域。

4. 环境领域碳纳米管还可用于环境领域。

在废水处理中,碳纳米管可用于吸附或催化降解废水中的化学物质。

在环境检测中,碳纳米管可用于传感器的制备,用于检测有机和无机污染物质。

结论通过对碳纳米管的物理性质和应用领域的介绍,可以发现碳纳米管是一种相当特殊的材料。

尽管随着研究的深入,我们对碳纳米管的了解还有很大的提升空间,但通过不断地研究和开发,相信碳纳米管将在更多领域得到应用。

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第14卷 第2期邵阳高等专科学校学报Vol.14.No.2 2001年6月Journal of Shaoyang College J un.2001文章编号:1009-2439(2001)02-0081-10碳纳米管的结构、制备、物性和应用唐东升1 唐成名2 刘朝晖3 解思深1(①中国科学院物理研究所与凝聚态中心,北京 100080)(② 邵阳高等专科学校,湖南邵阳 422004)(③ 南华大学现代教育技术中心,湖南衡阳 430000)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.关键词:碳纳米管;结构;制备;应用;透射电子显微镜;扫描电子显微镜中图分类号:O469 文献标识码:A碳是自然界中性质最为独特的一种元素,它通过不同的成键方式所形成结构和性质迥异的同素异形体(石墨和金刚石),在很久以前就被人类所认识:当碳原子与四个近邻原子以共价键结合(sp3杂化)时,形成各向同性坚硬的金刚石,而当碳原子在同一平面内与三个近邻原子以共价键结合而第四个价电子成为共有化电子(sp2杂化)时,形成各向异性柔软的石墨.以sp2杂化模式成键的石墨具有六角网格的层状结构,层内是通过强共价键相互作用,而层与层之间是通过弱范德瓦耳斯键相互作用.在常压下石墨一直到很高的温度仍是碳的热力学稳定的体相(金刚石仅仅是动力学稳定的体相).然而随着人类对物质世界的认识深入到介观层次(~100nm)时,这种古老的元素呈现出全新的结构和物性,比如当石墨微晶的尺寸很小(比如纳米量级)时,情况就和体相很不一样了,因为此时每个石墨微晶中只有有限数目的碳原子,具有悬挂键的碳原子的密度会很大,这时石墨的层状结构就会弯曲封闭,以至边缘的具有悬挂键的碳原子相互结合成键使得系统的能量最低.这种由石墨原于层弯曲构成的闭合的壳层结构就是我们所要讨论的富勒烯和碳纳米管.1984年爱克森(Exxon)石油公司一个小组在研究碳团簇时得到了如下结论[1]对于1≤n≤30奇数与偶数的C n都是存在的;(2)对于20≤n≤90只有C2n形式存在.他们认为碳原子链可以达到24个原子.遗憾的是他们并没有对较大的团簇做进一步的研究.一年之后英国Sussex大学的克罗托教授到美国Rice大学与柯尔(R.F.Curl)和斯莫利(R.E.Smalley)进行合作研究.他们认为宇宙空间存在的反常红外吸收可能与空间存在的碳团簇有关.于是他们利用一台激光蒸发团簇束的实验设备来制备长链碳分子.在对合成的所谓长链碳分子进行测量时,出人意料的结果出现了,在碳原子簇的质谱图上质量数为720的地方存在一个强峰,其强度为其它峰强度的30倍[3].在对实验结果的反复论证和分析后,他们提出了由60个碳原子组成的具有类似于足球形状的截角二十面体的完美对称性结构.在这个结构中60个碳原子位于此截面体的60个顶点上.而32个面分别由20个六面体及12个五面体组成,五面体各不相邻.在此笼状结构中碳原子没有悬键,因而能量低结构稳定.各个原子成键情况完全相同.随后的一系列实验证实了这些设想.这样,在碳的家族中,又增加了新的一员-C60[2~5],三位教授因此获得了1996年诺贝尔化学奖.此后两项工作引起了世界范围内研究富勒烯(C60)的热潮:(1)1990年,德国马普研究所的克莱希墨(W. Kratschmer)教授和美国亚历桑那大学的霍夫曼(D.R.Huffman)教授从石墨棒电弧放电产生的烟灰中分离出毫克级的C60,并得到了C60单晶[6].这一重大进展为进一步研究C60的性质和应用打下了坚实的基础.(2)海顿(R.C.Haddon)教授等人发现碱金属掺杂后形成的M3C60具有较高的超导转变温度(T c~33K)[7].于是大家纷纷用与克莱希墨类似的方法从放电烟灰中制备C60[8~12],并进行掺杂研究,但很少有人对放电过程中阴极上形成的沉积物产生兴趣.碳的管状物虽然早有报道,但由于管径较大没有受到人们的重视[13,14].日本NEC公司的饭岛(S.Iijima)教授是一名杰出的电镜专家,在对碳材料的研究方面具有相当丰富的经验[15].他第一个对石墨棒放电所形成的阴极沉积物仔细地进行了电镜研究,他发现有一种针状物,这种针状物的直径为4~30nm,长度约为 收稿日期:2001-01-151μm.高分辩电子显微镜研究表明,这些针状物是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而形成的空心小管(即所谓的碳纳米管).相邻的同轴圆柱面之间间距与石墨中的层间距相当,约为0.34nm.最小的碳纳米管直径2.7nm.图1为碳纳米管的高分辨率透射电镜象.尤其重要的是Iijima 教授首次发现碳纳米管中的石墨层可以因卷曲方式不同而具有手性.1991年饭岛教授在《Nature 》杂志上发表了第一篇关于碳纳米管的研究文章[16].次后的理论研究表明碳纳米管可以因直径或手性的不同而呈现金属或半导体性[17~23].由于C 60分子被看作是碳材料的零维形式,纳米管是一维形式,这一发现立即引起了科学界的极大关注.1992年,日本NEC 公司的科学家Ebbesen 和Ajayan 通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管[24].这样在各个国家立即引起了人图1 首次报道的碳纳米管的透射电镜图象.图中三个碳纳米管具有不同的直径和石墨层数[16]们对碳纳米管的研究热潮.1 碳纳米管的形貌和结构1.1 单层碳纳米管的形貌和结构1.1.1 实验上发现的单层碳纳米管的形貌和结构1993年,Iijima 教授与IBM 实验室的Bethune 教授改进了电弧放电法[25,26],他们在阳极置入催化剂金属铁或钴,成功地在放电室器壁中发现了单层碳纳米管.其中Iijima 教授首次对单层管进行了手性测量,证实了他在多层管中提出的手性的概念[25],由于碳纳米管的理论工作大部分是对单层碳纳米管进行的,而单层碳纳米管的存在可以进一步检验和改进理论工作.于是许多研究小组竞相开始单层碳纳米管的制备和性能研究.实验中发现,单层碳纳米管管径分布范围较小,一般在0.5~5nm 之间.由于范德瓦耳斯力的作用,大部分单层碳纳米管集结成束,每束含几十~几百根单层碳纳米管,束的直径约几十纳米(图2).通过优化生长条件,电弧法及激光溅射法都可以得到十分高的转化率(~70%)[27,28].1998年,又有二个小组成功地用化学气相沉积法得到了单层碳纳米管[29,30],尤其是戴宏杰等人所采用的甲烷作为生长碳源,通过硅岛基底上的催化剂可以得到分离的单层碳纳米管,并达到了一定程度的可控生长,这对于碳纳米管的图2 单层碳纳米管束图象a )SEM 像(标尺100nm );b )TEM 像(标尺10nm )应用及研究具有十分重要的意义[30].1.1.2 单层碳纳米管的结构模型及其表征单层碳纳米管可以看作是由六角网格状碳原子层卷曲形成的无缝圆柱.石墨单层为二维六角晶格(图3),选择基矢a ∵1、a ∵2如图所示,网格上任意一格点可用一组数(n ,m )来标记.卷曲石墨层,使得原点(0,0)和某一选定格点(n ,m )重合,所得到的碳纳米管的直径和螺旋度惟一地由该点的坐标(n ,m )所决定,因而单层碳纳米管可用一对整数(n ,m )标记.从原点到点(n ,m )的矢量称为螺旋矢量螺旋矢量C ・h =na ∵1+m a ∵2(1)螺旋矢量C ・h 沿a ∵1轴方向所得的(n ,0)碳纳米管,管轴与一组C -C 键平行,由于沿周长方向碳键排列的方式类似于锯齿(zigzag ),因此常称为“锯齿型”碳纳米管(图1.4a ).将a ∵1轴方向选做参考方向,螺旋矢量C ・h 与参考轴的夹角定义为碳纳米管的螺旋角(helical angle )θ,由于对称性的缘故,不等价的θ取值在0~30°之间.θ=30°的碳纳米管被称为“扶手椅”(armchair )型碳纳米管(图4b ),其中有垂直于管轴的C -C 键,标记为(n ,n ).当0<θ<30°时,管壁上没有碳-碳原子键平行或垂直于碳纳米管的轴线方向,而是具有一定的螺旋角,我们称以这种方式排列所形成的碳纳米管具有“手性”[35~38].对于矢量(n ,m )所对应的碳纳米管,其管径d 1和螺旋角θ分别为d 1=C n /π=3a c -c (n 2+nm +m 2)12/π(2)θ=tg -1[3m/(m +2n )](3)其中a c -c 为碳键长度.实验中发现,绝大部分单层管由于管径较小端部呈现半圆状封闭.这对应于半个富勒烯.富勒烯结构可能的种类与碳纳米管的直径有关.直径小,则富勒烯可能的种类少.直径大,富勒烯可能的种类多.如直径与C 60相当的碳纳米管,有两种可能的半球富勒烯结构(见图4);与C 36相当的碳纳米管,只有一种结构.对于与C 60分子相同直径的顶端封闭单层碳纳米管可以看作是由一个C 60分子被等分成的两个半球面通过一个圆柱状管而连接起来而形成的:如果一个C 60分子从垂直于五次对称轴方向被等分成两部分,所形成的碳纳米管具有“椅式”结构(5,5),其螺旋角θ=30°,其直径d t =0.688nm :如果一个C 60分子从垂直于三次对称轴方向被分成两部分,所形成82 邵阳高等专科学校学报第13卷图3 单层碳纳米管结构图示图b 中(m ,n )下面的数是头部封闭结构的数目.的碳纳米管具有“齿式”结构的(9,0),其螺旋θ=0,直径d t =0.715nm (图4b ).这两个碳纳米管的直径与C 60分子的直径相符合.理论研究表明,如果单层碳纳米管的管壁中存在五元环、七元环或七元环五元环对,此缺陷的两侧将有不同的手性,表现出不同的电性质而形成金属-半导体[31~33].此设想已被荷兰的Dekker 研究小组证实[34],如果能实现此类缺陷的可控生长,无疑将使纳米管在微电子学的应用前景广阔.1.2 多层碳纳米管的形貌和结构理想的多层碳纳米管可以看成是多个直径不等的单层管同轴套构而成,其层数可以从二层到几十层(图5),其外径一般为几个至几十个纳米,内径0.5至几个纳米,长度为几个至几十个微米,甚至几个毫米[39~41].多层碳纳米管的层间距为0.34nm [42],比石墨的层间距要大,因而多层碳纳米管的层间相互作用较石墨的要弱.与次同时,层与层之间没有相对固定的位置,也就是说,石墨层间的AB 或ABC 排列方式在多层碳纳米管中被破坏了,使得多层碳纳米管的结构趋于复杂.碳纳米管手性的存在首先是I 2jima 在研究多层管的时候提出的[16],他指出:多层管中大部分层都是具有手性的(θ不是0或30度),并且相邻层手性无关联.Dravid 等人用类似的方法得出了相同的结论[43].但Amelinckx 研图4 两端分别由半个C 60分子封闭的碳纳米管a )(5.5)管 b )(9.0)管究组用TEM 得到了不同的结果[44]大约多层管层数的1/5~1/2具有手性,其它的是“zigzag ”型或“armchair ”型.也就是说,多层管中许多层具有相同手性.富勒烯笼中一般存在五元环或六元环,而在碳纳米管中,Iiji 2ma 等人[45]发现存在有七元环(如图1.6).这样,碳纳米管中将出现更多复杂多变的结构和有趣的性质.随后及近期的许多工作证实了这一点[31~34].多层碳纳米管的端部大部分也是封闭的.由于管径较大,其封闭形式也出现了多种情况.一部分碳纳米管的顶端结构呈现对称性,而另一部分碳纳米管的顶端结构呈现非对称性[45,46],再一个明显的特点是某些碳纳米管的顶端封闭结构是一组紧密相邻石墨层,而另外一些碳纳米管的顶端封闭结构则是由几组石墨层组成.1.3 其它结构1.3.1 缺陷由于除五元环外,碳纳米管中可以存在七元环以及生长过程中出现的各种缺陷,碳纳米管具有更多的复杂结构.如理想碳纳米管的管壁石墨层与管轴平行,而石墨层与管轴存在夹角的情况,1993及1997年就分别有人报道过[47,48],我们利用沸石/钴做基底,用化学气相沉积法在生长温度波动的情况下,大量地制备了此种碳纳米管[49].虽然此种碳纳米管含有大量的石墨断层,缺陷较多,抗氧化温度较低,但在用于做模版或催化剂载体时,将显示出其优越性.实验中我们发现,温度波动的周期对碳纳米管的缺陷结构有很大的影响:随着周期的增长,碳纳米管石墨断层逐渐减少,石墨层方向逐渐趋于轴向.碳纳米管发现不久,曾有人提出[50]碳纳米管是石墨片堆积或卷绕而成的螺形结构,但它与随后的下列几项实验不符:(1)、碳纳米管氧化实验表明[51,52],它是从头部开始向里层层氧化的,如果碳纳米管是石墨片卷绕而成的,其大量缺陷与悬键将会使氧化均匀地沿缺陷进行.(2)、ESR (电子自旋共振)[53]实验表明,碳纳米管中悬键及缺陷信号较弱,一般应视为少量的存在,于是石墨碎片被看做是一种缺陷结构.一般而言,理想的碳纳米管的截面呈圆形.而在碳纳米管发现不久,就有人发现电弧法及气相法制备的碳纳米管截面可以呈现多边形[54,55].这种类型的碳纳米管的管壁碳原子的杂化轨道在棱边与梭角处明显不同,因而可以导致完全不同的性质.独立的单根单层碳纳米管的截面尚未观测到多边形的情况.在单层碳纳米管的束中,理论上预言,随着单层管的直径变化,其截面可以出现圆形到规则的多边形的变化[56].而实验上由于不能有效地控制单层管的直私,仅能制备较小直径的单层碳纳米管,只是能观测到圆形截面[27,28].第3期唐东升等:碳纳米管的结构、制备、物性和应用83 图5 多层碳纳米管的透射电镜像,层数从2到5关于多层碳纳米管的层间距有许多报道:如Iijima (电镜)与Zhang (电于衍射)等人的结果为0.34nm [16,57]Saito 通过X 线衍射方法得到的是0.344nm [58],而Bretz 及Sun 得到的结果分别是0.375,0.36nm [59,60].K iang 等人于1998年提出碳纳米管中存在尺寸效应[61],即多层碳纳米管中层间距是随着管径的变化而变化的,并且这种变化呈现指数形式:随着管径减小,层间距指数式增大.但在他们的研究工作中存在下列几个问题:研究的碳纳米管数量少;碳纳米管管径大;在他们预言的管径指数增大的关键区域(直径~1nm )仅有一个数据点.我们通过对内径只有0.5nm 多层碳纳米管的层间距研究发现[62],所谓的尺寸效应并不普遍适用.一般来说,碳纳米管的直径在长度方向上不变.如果管壁上有五元环或七元环,碳纳米管也会表现出弯曲或管径的变化.实验上,无论是单层管还是多层管都观察到了这些理论预言[63~66].1.3.2 碳近邻元素替代式碳纳米管结构的研究硼、氮在元素周期表中与碳相邻,在一定条件下可以进入碳的结构中并对其性能进行调节.所以碳钠米管发现之后,许多研究小组就对CB ,CBN ,BN ,CN 结构进行了大量的研究[67~78].其中引人注目的是Li [83]、Ma [146]及Kroto [87]等分别成功地制备出了碳氮纳米管,其结构呈现“竹状”.并且通过控制生长条件,使得到的纳米管的各个竹节十分容易地分离为单个“碗状”图6 多层碳纳米管中的七元环 与五元环结构[146].在这个结构中,碗的底部存在五元环,开口部则是石墨悬键,因而其化学性质十分活泼.1.3.3 碳纳米管的异质接由于碳纳米管中可以存在七元环及五元环,欧拉定理对其数目限制可以表述为:七元环数目H +12等于五元环数目P.因碳纳米管中七元环数目可以变化因而五元环也不存在限制.理论研究表明如果能够在生长过程中控制五元环及七元环的位置及数量[79~80],可以得到许多有趣的结构.如六个均匀分布的七元环可以平滑地连接(5,5)-(10,0)-(5,5);均匀分布的八个七元环与两个五元环可以平滑地连接(9,0)-(10,0)-(9,0),形成“T ”结构.由于这些不同的管分别具有金属、半金属、半导体性质,预计这种连接可以在微电子学中得到极为重要的应用[79].而在碳纳米环中(欧拉定理要求五元环与七元环数目相等),则要求五元环与七元环分别均匀分布于环外侧及内侧.预计这种结构将具有十分有趣的电磁及光学非线性现象[80].实验上,现在已经成功地可控地生长“Y ”型结构[81],而碳纳米管与硅线的异质结也有报道[82].2 碳纳米管的制备因为碳纳米管是在石墨电极的直流电弧放电的阴极沉积物中发现的,所以直流电弧放电方法作为传统的制备碳纳米管的方法一直倍受关注[16,24].除此之外,人们还探索了其它一些制备碳纳米管的方法,其中包括有机气体的催化热解法(CVD )[44,76]、激光蒸发石墨法[73]、有机气体等离子体喷射法[174]、准自由条件生长法[176,177]、凝聚相电解生成法[178,179]等等.纵观所有已知的制备方法,我们可以发现一个共同的特点:通过各种外加能量,将碳源离解原子或离于形式,然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构.等离于体喷射沉积的方法,是将离子喷枪的钨电极(阴极)和铜电极(阳极)进行水冷却,当Ar/He 载气挟带苯蒸气通过等离子体炬之后,会在阳极的表面上沉积出含有碳纳米管的碳灰,Naoki Hatta 等用此方法获得了长达0.2mm 的碳纳米管[174].准自由条件下生长碳纳米管的方法比较复杂,将高取向的晶化石墨置于一个超高真空的蒸发容器之中(1.33×10-6Pa )作为蒸发源,用另一块无缺陷的石墨作为衬底,用电子束轰击蒸发源,则在石墨衬底上沉积出少量纯度较高的碳纳米管[175,176].激光蒸发石墨法是在使用金属催化剂的情况下,用脉冲激光轰击石墨表面,在石墨表面产生碳纳米管及其它形态的碳[173].凝聚相电解生成法是最近出现的一种电化学合成碳纳米管的方[178,179].该方法采用石墨电极(电解槽为阳极),在约600°C 的温度及空气或氩气等保护性气氛中,以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐(如LiCl ),电解生成了形式多样的碳纳米材料,包括包裹或未包裹的碳纳米管和碳纳米颗粒等,通过改变电解的工艺条件可84 邵阳高等专科学校学报第13卷以控制生成碳纳米材料的形式.以上这些制备碳纳米管的方法各有优缺点.从碳纳米管的产量,在当前实验研究中的适用性,以及向未来实际生产转化的可能性来考虑,电弧放电法和有机气体催化热解法最有优势.因此,这两种方法最为大家所关注.图7 电弧放电法制备碳纳米管的 装置示意图2.1 电弧放电法电弧放电法是用石墨电极在一定气氛中放电,从阴极沉积物中收集碳纳米管的方法.早在1803年,俄国人V.V.Petrov 就进行了有关电弧的报道.1808年,Davy 和Rittet 第一次采用碳作为电极在空气之中炽燃了电弧,并且进行了观察.电弧放电的研究在焊接、冶金和电气开关等方面得到了广泛的应用.直到1986年,Kratschmer 等人才采用电弧放电来制备富勒烯和碳灰[6].最后,由于电镜技术的发展,到1991年在放电产物中发现了碳纳米管[16].电弧放电通常十分剧烈,难以控制进程和产物,同时放电阴极沉积物中的碳纳米管烧结在一起,而且还存在大量的碳纳米颗粒.通过对参数不断摸索和工艺的不断改进,我们实验室实现了一种“自维持放电”模式:也就是说,除了起弧的短暂期间外,通过调节放电电源的输出并且使阳极以适当的速度平稳地给进、把放电电压和电流分别恒定在20~24V 以及50~65A ( 6石墨棒)或80~95A ( 8石墨棒)之间的某一数值,就可维持稳定的放电过程.在阳极被不断消耗的同时,阴极上生长出和阳极直径相当的棒状沉积物.此时弧光闪烁很小,弧斑无跃动游走现象,弧区温度分布均匀稳定.通过SEM 观察,在此条件下制备的碳纳米管纯度图8 经过氧化处理得到的高纯度的多层碳米管很高,在空气中加热氧化可以除去夹杂在碳纳米管中的弹纳米颗粒,得到纯净的碳纳米管(图8).通过在阳极中加入过渡族金属颗粒做催化剂,我们可以得到质量很高的单层碳纳米管.在电弧放电的过程中能达到4000K 的高温,在这样的温度下碳纳米管才能最大程度地石墨化,利用这样的碳纳米管,人们才有可能对碳纳米管的性质的实验测量与理论估计作出有意义的比较,也才能获得有最佳性能和实用价值的碳纳米管.因此,虽然电弧放电法是制备碳纳米管最为传统的一种方法,却仍然居于最为重要的位置.2.2 有机气体催化热解法有机气体催化热解法是在600~1000°C 的温度及催化剂的作用下,使有机气体原料分解提供碳源来制备碳材料的一种方法.早在20世纪50~80年代,用此方法制备碳纤维曾做了大量的工作.1993年M.Endo 利用此法,采用热分解苯蒸气成功地制备了尺寸各异的碳纳米管[180].S.Amelinckx 采用金属催化热解乙炔的方法制备了形态奇特的碳纳米管[44].催化热解法具有反应过程易于控制,装置易于设计,所用原料成本低等优越性.用此法制备出来的碳纳米管可以有多样化的形貌,也可以控制得到直径尺寸均匀甚至取向一致的碳纳米管.但是,由于反应温度过低,制得的碳纳米管的石墨化程度较差,有很多的缺陷,特别是制备过程中引入了催化剂颗粒,最终附着或包覆在碳纳米管之中(通常在端部)难以去除,为碳纳米管的诸多性质的表征和进一步的应用带来了困难.中国科学院物理所解思深领导的小组,通过在正硅酸乙脂水解的过程中加入过渡族金属的盐溶液,成功的把催化剂纳米颗粒镶入到多孔的氧化硅凝胶中,首创了定向碳纳米管列阵的制备方法[42],图9给出了阵列的SEM 图.通过改进基底,又成功地制备出超长碳纳米管阵列[40],长度超过了2mm ,使碳纳米管走向应用又迈出了重要的一步(图10).然而,在碳纳米管控制生长方面仍然存在很多挑战,比如碳纳米管的直径、螺旋度,多层碳纳米管的内外径以及层数.因为这些结构参数决定了碳纳米管的性质,从而碳纳米管的控制生长是碳纳米管走上大规模应用之前必须解决的难题.3 碳纳米管的性质3.1 碳纳米管性质的理论研究在碳纳米管发现之前(1991年10月初,Iijima 10月底发表文章)就有人对碳纳米管进行了理论研究[83,84].碳纳米管发现后,许多科学家立即意识到它可以作为理想的准一维材料,并进行了大量的理论计算[85~112].这些工作绝大多数是关于单层碳纳米管的碳原子晶格结构、性质以及电子结构及性质.对单层碳纳米管的电性能计第3期唐东升等:碳纳米管的结构、制备、物性和应用85 86 邵阳高等专科学校学报第13卷图9.化学气相沉积法制备的碳纳米管阵列 图10 化学气相沉积法制备的超长碳纳管阵列算结果表明,其性能强烈地依赖碳纳米管的几何结构即碳纳米管的直径或手性(亦即(m,n)),当m与n的值差为3的整数倍时,碳纳米管表现为金属或半金属.如(n,n)“椅式”结构的碳纳米管都是金属性的,这个结果与二维石墨平面的导电性相似[4,87,89].在其它情况下,碳纳米管表现为半导体,并且禁带宽度正比于碳纳米管直径的倒数.在所有的碳纳米管中大约1/3为金属性,2/3为非金属性[22].在对单层碳纳米管研究的基础上,一些研究小组对多层管的电子结构(主要是二层管)也进行了一些研究[96,111,113],其结果表明:二层管之间的弱相互作用力并不改变每个单层管的电子输运性能.即两个金属性(半金属性或半导体)的单层管同轴套构所形成的双层碳纳米管仍然保持其金属性(半金属性或半导体).这一特性可能用来制造具有同轴结构的金属-半导体器件[114].有几个研究小组还对四层碳纳米管及碳纳米管晶体进行了一些理论分析[110,111,113,115].3.2 碳纳米管性质的实验研究理论上对碳纳米管性质的预测以及C60中观测到的有趣性能(如碱金属掺杂C60超导性),引起了科学家们对碳纳米管性质的极大期望.由于多层管中各个层手性可以不同,加上碳纳米管的微小尺寸,使得单根管的性能测量十分困难.后来单层管的发现虽然带来了一些希望,但其结构的确定(直径与螺旋角)及其与测量性质联系起来仍是极其困难的.起初碳纳米管的性能测量主要是研究大量纯化前后的碳纳米管的结构,拉曼谱及电子自旋共振(ESR)是常用的方法.关于碳纳米管Raman振动的理论研究表明[116~119]表明:(1)碳纳米管的低频振动模式受碳纳米管直径的影响,碳纳米管的直径越小影响越大;(2)不同结构的碳纳米管具有不同的振动模式.只有对那些小直径(< 4nm)的碳纳米管,才容易观测到碳纳米管几何形状对Raman振动频率的明显影响.随碳纳米管直径的增大,其Raman振动谱与二维石墨的Rainan振动谱相接近.Hiura等人对碳纳米管的Raman实验研究表明[120~126],碳纳米管有与其它碳材料不同的共振特性.一阶Raman谱包含两个峰,一个强峰(G线)在1574cm-1,一个弱而宽的峰(D线)在1346cm-1与高取向石墨(HOPG)的Raman谱相比,碳纳米管的G线向低波数移动了6cm-1.二阶Raman谱,分别在2687cm-1和2455cm-1.同时发现D线峰位受激发光能量的影响,随着激发光能量的减小,此峰向低波数方向移动,并且此峰的相对强度也增大.并且与纯化前相比,纯化后碳纳米管具有较窄的Raman 峰.但是无论纯化前还是纯化后的碳纳米管的Raman谱中都存在一个很弱的D线,而且纯化前后D线与G线的强度比也是相同的.由此他们得出结论,在D峰的所谓无序引起的谱线是由于碳纳米管的结构缺陷引起的,而不是起因于尺寸效应.Rao等[126]研究了电弧法单层碳纳米管的Raman散射,得到多个Raman峰,并对这些峰以“椅式”结构单层碳纳米管的振动模式进行的指认,结果与晶格动力学计算的结果符合得很好.K osaka等人在纯化前后的碳纳米管样品中测到了比较强的电子自旋共振(ESR)信号[127],这证明样品中存在金属性碳纳米管.而Zhou及Tanaka等人则发现他们的测量中(ESR)信号较弱说明半导体性碳纳米管存在[50,128].理论上对碳纳米管的电性能的预测,使许多实验小组致力于单根碳纳米管的性能测量.扫描隧道谱技术(Scanning tunneling spectroscopy)、扫描隧道显微镜技术(scanning tunneling microscopy)以及改进的透射电子显微镜(TEM)的发展使一些实验室对单根碳纳米管的电输运性质进行了测量,并得到了一些重要的结果[129~137].这些结果虽然都证明了存在金属性以及半导体性碳纳米管,但也发现了一些理论上未预测到的一些现象.如Ebbesen等人发现的电导随温度变化而出现突然增加或减少[132].S.Frank等人分别在多层及单层碳纳米管中发现电导的量子化现象[135,136].这些实验也有不足之处:即未能将某一根碳纳米管的电输运性质与其具体结构联系起来.1998年Dekker[138]以及Lieber[139]研究小组通过STM、STS(电子状态密度)实验将单根碳纳米管的电输运性质与其具体结构(直径d t和螺旋角θ)联系起来,证明单层碳纳米管因结构的细微变化可以呈现金属性、半导体性之间相互变化,半导体性的碳纳米管能带间隙与其管径成反比,与理论预言完全相符.并且他们还观测到了范霍夫奇点(证实了电输运的一维特性)以及单层碳纳米管中各种手性结构并存,而不象Smalley等人曾建议的“摇椅”式管占主要地位.对碳纳米管的磁阻、磁化率(magnetic susceptibility)测量[140~143]得出了十分有意义的结果.与其它碳材料(如。

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