碳纳米管合成以及应用
碳纳米管制备及其应用前沿
碳纳米管制备及其应用前沿碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有优异的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景。
接下来将从制备方法和应用前沿两个方面进行介绍和探讨。
一、碳纳米管的制备方法目前，制备碳纳米管的方法主要包括电弧放电、激光脱附、化学气相沉积、碳原子沉积和碳纳米管模板法等。
其中，化学气相沉积是目前较为常用的制备方法。
化学气相沉积法是在高温下，使含碳气体在催化剂表面上裂解，生成碳纳米管，并通过合适的控制方法，调节管子的直径、壁厚等性质。
此外，在催化剂上引入其他金属元素，如铁、镍等，还可以得到多壁碳纳米管、碳纳米带和碳纳米球等不同形态的碳纳米材料。
二、碳纳米管的应用前沿(一)能源储存碳纳米管具有极高的表面积和优异的电化学性能，已被广泛地应用于电池、超级电容器等领域。
例如，在锂离子电池中，将碳纳米管作为电极，可以大幅提高电极的比表面积、导电性能和循环寿命。
在超级电容器中，由于碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，被广泛应用于电容的电极材料。
(二)催化剂由于碳纳米管的高比表面积和优异的催化性能，已成为新一代高效的催化剂材料。
例如，在氢能源领域，碳纳米管可以作为催化剂在反应中转化氢气，从而推进氢能源的发展。
同时，碳纳米管还可以用于金属催化剂的支撑材料，以提高催化剂的催化效率和稳定性。
(三)生物传感器碳纳米管还可以用于生物传感器的制备，具有极高的灵敏度和选择性。
例如，在血糖检测中，将碳纳米管复合在臂带上，可以使用手机APP通过检测臂带的信号来进行血糖测量。
(四)纳米电子学由于碳纳米管的导电性能和尺寸效应，在纳米电子学领域也有广泛的应用。
例如，碳纳米管可以用作场效应管的电极材料，制备高性能的纳米电子器件。
总之，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，在能源储存、催化剂、生物传感器、纳米电子学等领域都有着广阔的应用前景。
随着技术的不断成熟和进步，相信碳纳米管在更多领域将会有更广泛的应用。
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用碳纳米管是一种具有众多特殊性质的纳米材料，因其优异的导电性、导热性和机械性能被广泛应用于多个领域。
在太阳能电池领域，碳纳米管被用作电子传输层和光伏材料。
本文将阐述碳纳米管的制备方法，同时分析其在太阳能电池中的应用。
一、碳纳米管的合成方法目前，常用的碳纳米管制备方法主要包括化学气相沉积法、溶胶凝胶法、水热法、机械球磨法等。
其中，化学气相沉积法是最常用的方法。
该方法的步骤如下：首先，准备碳纳米管生长的催化剂。
这里以Fe和Ni为例，它们可以作为气相沉积反应中的催化剂。
然后，在反应室中加入一定量的碳源，通入载气气体和催化剂，再将反应室加热至适当的温度，此时，排出的气体中就会含有碳纳米管。
另一种方法是利用溶胶凝胶法制备碳纳米管。
这种方法需要先制备一种含有碳源的胶体，然后通过热处理的方式使其形成碳纳米管。
水热法是一种通过水热条件打破碳纳米管表面的键来制备碳纳米管的方法。
机械球磨法是将碳纳米管和常规碳基材料一起磨碎来制备碳纳米管。
这些方法各有优缺点，可以根据需要选择适当的方法进行合成。
二、碳纳米管在太阳能电池中的应用太阳能电池是一种将太阳能转化为电能的器件，其核心是光伏材料。
碳纳米管在太阳能电池中的应用，主要是作为电子传输层和光伏材料。
具体来说，碳纳米管的应用主要包括以下几个方面。
1. 电子传输层在一些有机太阳能电池中，传输电子的层是由常规有机材料制成。
如果使用碳纳米管作为电子传输层，则可以提高电子传输的效率，进而提高太阳能电池的光电转化效率。
此外，碳纳米管能够增加太阳能电池的稳定性和寿命。
2. 光伏材料碳纳米管还可以用作光伏材料，其主要原理是碳纳米管能够吸收光能，并将其转化为电子或空穴。
此外，称作共轭聚合物的碳纳米管，其带隙比一般半导体较小，因此更易于电子激发和传输。
这些特性使得碳纳米管成为一种颇有前途的光伏材料。
3. 多项材料应用最近的研究表明，在太阳能电池中，将多种材料结合到一起，可以提高太阳能电池的效率。
碳纳米管的制备技术与应用
碳纳米管的制备技术与应用碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种以碳元素为原材料制备的一维纳米材料，由于其具有良好的力学性能、电学特性以及化学稳定性等特点，已经成为当今研究领域中最为热门的材料之一。
本文将介绍碳纳米管的制备技术以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术可以分为两种类型：单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。
1. SWCNTs的制备技术SWCNTs是由单个碳原子组成的圆柱形分子，其直径只有1纳米左右，是碳纳米管中最小的一种。
目前SWCNTs的制备技术主要有以下几种：(1) 弧放电法：将石墨电极在惰性气体氛围下通电，随着通电时间的延长，在电极表面就会形成一个由碳原子组成的弧，此时就会产生SWCNTs。
(2) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生SWCNTs。
(3) 气味解法：将金属铝、镁等材料和碳合成物物质放入高温的石墨炉中加热，从而产生SWCNTs。
2. MWCNTs的制备技术MWCNTs是由许多个碳单层环形结构套在一起形成的管状结构，由于其具有较高的机械强度和导电性能，因此在材料科学等领域有着广泛的应用。
其制备主要有以下几种方式：(1) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生MWCNTs。
(2) 电磁纺丝法：将金属铜制成细丝，并加热到一定温度，然后向铜丝上喷射石墨或其它碳源，从而产生MWCNTs。
(3) 化学还原法：将单壁和多壁碳纳米管分散在水溶液中，然后将还原剂缓慢加入到溶液中，之后用超离心机或过滤器将沉淀的MWCNTs分离出来。
二、碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管因其高催化性能、热稳定性及导电性能等优异特点，将在材料科学领域中得到广泛的应用。
碳纳米管材料的制备与应用
碳纳米管材料的制备与应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料，在诸多领域具有广泛的应用前景。
本文将探讨碳纳米管材料的制备方法以及其在不同领域的应用。
首先，我们将介绍碳纳米管的制备方法。
目前，碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法及其变种、电弧放电法、激光烧蚀法等。
其中，化学气相沉积法是一种较为常用的方法。
该方法通过在合适的温度下将碳源气体（如乙炔、甲烷等）导入反应室中，通过催化剂的作用，在金属衬底上生长碳纳米管。
此外，还可以通过电弧放电法在适当的实验条件下，将碳电极进行高温放电，从而制备碳纳米管。
激光烧蚀法是一种通过激光加热石墨杆或石墨粉，使其产生高温、高压等条件，从而生成碳纳米管的方法。
不同的制备方法可以得到不同形貌和尺寸的碳纳米管，满足不同应用需求。
接下来，我们将讨论碳纳米管在材料科学、电子学和生物医学等领域的应用。
在材料科学领域，碳纳米管因其高强度、良好的导电性和导热性等特性，可以用于制备高性能的复合材料。
例如，将碳纳米管与聚合物复合，可以显著提升复合材料的强度和导电性。
此外，碳纳米管也可以用作电极材料，应用于锂离子电池、超级电容器等能源领域。
在电子学领域，碳纳米管的纳米尺寸和优异的电子输运性能使其成为一种理想的纳米电子器件材料。
碳纳米管场效应晶体管（CNT-FET）等器件因其极低功耗和高速运算能力，被广泛研究和应用于集成电路等领域。
在生物医学领域，碳纳米管具有较大的比表面积，具有良好的载药性能，被广泛应用于生物传感、药物输送等领域。
例如，通过功能化修饰，碳纳米管可以被用作药物的载体，实现精确控制的药物释放。
此外，碳纳米管还具有其他许多应用潜力。
例如，碳纳米管在环境污染治理方面有着重要的应用价值。
由于其独特的吸附性能和高比表面积，可以用于水体和空气中有害物质的吸附和分离。
此外，碳纳米管还可以作为催化剂载体，应用于化学催化等领域。
在机械强度方面，碳纳米管的强度远高于钢铁，因此也被广泛地研究应用于高强度材料的制备。
碳纳米管的制备方法和应用
碳纳米管的制备方法和应用碳纳米管是由纳米级的碳原子构成的一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在材料科学、电子学和生物医学中的应用。
一、碳纳米管的制备方法目前，常见的碳纳米管制备方法主要有化学气相沉积法、电化学沉积法、电弧放电法和碳热还原法等。
化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。
该方法利用金属催化剂（如铁、铜等）和含碳的气体（如一氧化碳、甲烷等）在高温下反应，生成碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和结构，制备出高质量的碳纳米管。
电化学沉积法是一种较为简单和经济的制备方法。
通过在电极表面施加电压，使金属离子在电极上还原并沉积成碳纳米管。
这种方法可以在常温下进行，对环境友好，但产出的碳纳米管质量较低。
电弧放电法是一种高温高压条件下制备碳纳米管的方法。
通过在金属电极之间施加高电压，形成电弧放电，使电极表面的碳物质蒸发并在高温高压下形成碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管尺寸较大，结构较不规则。
碳热还原法是使用碳源将金属氧化物还原成金属，并在高温下生成碳纳米管。
这种方法能够制备出高纯度的碳纳米管，但操作条件较为复杂。
二、碳纳米管在材料科学中的应用由于碳纳米管具有优异的力学性能、导电性和热导性，因此在材料科学中有广泛的应用。
碳纳米管可以添加到复合材料中，提高材料的力学性能和导电性。
此外，碳纳米管还可以用于制备超级电容器和锂离子电池，因为其具有较大比表面积和良好的电化学性能。
另外，由于碳纳米管具有较高的比表面积和孔隙结构，可以用作吸附剂来去除水和气体中的有害物质。
碳纳米管的应用还延伸到柔性电子学和传感器领域，用于制备柔性显示器件和高灵敏度的传感器，如压力传感器和化学传感器等。
三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管由于其独特的电子性质，被广泛应用于电子学领域。
碳纳米管可以用作场发射源，用于制备高亮度和高分辨率的显示器件。
此外，碳纳米管也可以用于制备柔性电子器件，如柔性电池和柔性晶体管等，具有重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法和应用领域
碳纳米管的制备方法和应用领域碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有独特的结构和特性，使其在科学研究和应用领域中具有巨大的潜力。
本文将简要介绍碳纳米管的制备方法和一些常见的应用领域。
碳纳米管的制备方法多种多样，其中较为常见的方法包括化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）、电弧放电法（Arc Discharge）和激光热解法（Laser Ablation）。
CVD法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一，其原理是使用金属催化剂在特定温度和气氛下将碳气体进行催化裂解，从而生成碳纳米管。
而电弧放电法则是通过高压电弧放电在碳电极上产生高温和高压条件，使碳原子逸出并形成碳纳米管。
激光热解法则是利用激光加热碳源使其发生剧烈挥发，形成碳纳米管。
碳纳米管具有多种独特的物理和化学特性，使得其在许多应用领域都有广泛的应用。
在材料科学领域，碳纳米管可以作为增强剂加入到复合材料中，显著提高复合材料的机械强度和热导率。
同时，碳纳米管还可以用于制备导电膜、传感器、超级电容器等。
在能源领域，碳纳米管可以用作锂离子电池、燃料电池和超级电容器等的电极材料，具有高能量密度和良好的循环性能。
此外，由于碳纳米管具有良好的导电性和导热性，还在电子器件和导电性聚合物的领域有广泛的应用。
在生物医学领域，碳纳米管也具有潜在的应用价值。
由于其尺寸与细胞颗粒相似，并具有较好的生物相容性，在药物传输和生物成像等方面具有巨大的潜力。
例如，研究人员利用碳纳米管制备了具有良好药物控释效果的纳米药物载体，用于治疗癌症等疾病。
此外，碳纳米管还可以用于制备具有高灵敏度和高选择性的生物传感器，用于检测生物分子和细胞。
虽然碳纳米管在许多领域中具有广泛的应用潜力，但其制备方法仍然存在一些挑战和困难。
目前，制备具有高纯度和规模化的碳纳米管仍然是一个难题。
另外，碳纳米管的毒性和生物安全性问题也需要进一步研究和解决。
碳纳米管的制备方法与应用
碳纳米管的制备方法与应用碳纳米管是一种具有非常特殊性质的碳材料，它的制备方法和应用具有很大的研究价值。
本文将基于相关研究文献，探讨碳纳米管的制备方法和应用领域。
一、制备方法碳纳米管通常有两种制备方法，即“底上生长法”和“上下生长法”。
底上生长法是指在金属衬底上，利用热化学气相沉积（CVD）等方法，在高温下生长碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管产量大，连续性好，但会造成衬底中金属杂质的污染。
上下生长法是指将金属催化剂沉积在碳纳米管基底上，然后在催化剂表面生长碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管纯度高，但因为样品不连续，所以产量相对较低。
不同制备方法对碳纳米管的结构和性质会有所影响，因此，制备方法的选择取决于具体应用的需求。
二、应用碳纳米管在材料科学、生物医学、电子、能源等领域中具有广泛的应用。
材料科学领域中，碳纳米管可以用于制备高强度、高导电性、高导热性、高比表面积的复合材料，应用于汽车、航空、航天、建筑等领域。
碳纳米管也可以用于制备高性能电极材料，提高锂离子电池的性能。
生物医学领域中，碳纳米管可以用于制备纳米药物传递系统和纳米生物传感器，进行肿瘤治疗和疾病诊断。
电子领域中，碳纳米管可以用于制备高性能逻辑电路和摄像头，替代各种传统电子元器件。
能源领域中，碳纳米管可以用于制备高效率的太阳能电池和储能系统，减少能源的消耗和浪费。
三、未来展望随着人类对碳纳米管的认识不断加深，碳纳米管的应用领域也会不断扩展。
未来，碳纳米管可能会应用于烯烃加氢、催化还原、氧化反应等领域，成为一种重要的催化剂。
同时，碳纳米管还可以应用于激光、纳米传感器和量子计算等领域，开辟崭新的研究方向和应用前景。
四、结语作为一种前沿领域的材料，碳纳米管的制备方法和应用领域仍然具有很大的潜力。
未来，人类将会通过不懈的努力，探索碳纳米管更多的结构和性质，为人类社会的发展做出更大的贡献。
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。
碳纳米管复合材料的制备及其应用
碳纳米管复合材料的制备及其应用碳纳米管，是由碳原子组成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高吸收率和优异的机械、电子、光学特性，具有广泛的应用前景。
而碳纳米管复合材料，是将碳纳米管与其他材料复合而成的新型材料，能够发挥两种材料的性能优异性，具有广泛的应用领域。
本文将介绍碳纳米管复合材料的制备及其应用。
一、碳纳米管复合材料制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将碳纳米管放置在高温下，通过一系列化学反应，使其在其他材料上生长。
这种方法可控性较好，可以生长出大规模、高纯度的碳纳米管复合材料。
2. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是将碳纳米管和溶液混合，然后在高温下煅烧，使其形成复合材料。
这种方法简单易行，而且可以通过调整溶液中的成分和温度来控制复合材料的性能。
3. 机械混合法机械混合法是将碳纳米管和其他材料机械混合，然后通过压制、热压等方式形成复合材料。
这种方法简单易行，而且可以生产大规模的复合材料。
二、碳纳米管复合材料的应用1. 功能材料由于碳纳米管具有高导电性、高热导性和高吸收率等优异特性，因此常被用作传感器、储能材料、强化剂等功能材料的添加剂。
例如，将碳纳米管加入聚合物中可以提高聚合物的导电性和力学性能，可以被用于制作电子元器件、导电墨水等产品。
2. 生物医学领域碳纳米管具有良好的生物相容性和细胞渗透性，因此被广泛用于生物医学领域。
例如，将碳纳米管作为药物包裹物，可以提高药物的溶解度和稳定性，且能够减少药物对人体的副作用。
另外，碳纳米管还可以被用于诊断、治疗肿瘤等领域。
3. 材料强化由于碳纳米管具有高强度和高刚度等性质，可以增加其他材料的强度和硬度。
例如，将碳纳米管加入聚合物材料中，可以增加聚合物的力学性能。
而将碳纳米管加入金属材料中，则可以提高金属材料的强度和耐磨性。
4. 能源领域碳纳米管具有优异的电导率和热导率，因此被广泛应用于能源领域。
例如，将碳纳米管添加到电极材料中可以提高电池的充电效率和循环寿命。
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。
碳纳米管的应用及原理
碳纳米管的应用及原理1. 碳纳米管的定义和结构•碳纳米管是由碳原子构成的纳米材料，具有管状结构。
•碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种结构。
•单壁碳纳米管由一个或数个层的碳原子螺旋而成，多壁碳纳米管则是由多个同心管层构成。
2. 碳纳米管的制备方法•弧放电法：通过在高温下对碳材料进行电弧放电，产生碳纳米管。
•化学气相沉积法：通过气相反应，在催化剂的作用下生成碳纳米管。
•化学气相氧化法：通过将碳材料在气相氧化条件下进行氧化，生成碳纳米管。
3. 碳纳米管的应用领域3.1 电子器件•碳纳米管作为晶体管的替代材料，用于制造更小、更快的电子器件。
•碳纳米管晶体管具有优异的导电性能和较小的尺寸，可用于构建高密度的集成电路。
3.2 能源存储•碳纳米管可以用作电容器的电极材料，具有高比表面积和良好的电导性能，可用于高性能超级电容器和锂离子电池。
3.3 复合材料•碳纳米管可以与其他材料复合，形成高强度、高导热性能的复合材料。
•碳纳米管复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑材料等领域。
3.4 生物医学•碳纳米管可以用作药物传递系统，通过改变表面性质和结构，实现对药物的控制释放。
•碳纳米管还可以用于组织工程和生物传感器等生物医学应用。
4. 碳纳米管的原理•碳纳米管的特殊性质与其结构密切相关，具体原理如下： ### 4.1 共价键结构•碳纳米管由碳原子共价键构成，共价键的特性决定了碳纳米管的稳定性和强度。
### 4.2 π-电子共轭结构•碳纳米管的π-电子共轭结构使其具有导电性能，可用于电子器件和能源存储。
### 4.3 杂质掺杂•在碳纳米管中引入不同的杂质，可以改变其导电性能、光学性质和化学性质，拓展了其应用领域。
5. 总结•碳纳米管作为一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
•通过不同的制备方法和控制条件，可以得到具有不同结构和性质的碳纳米管。
•碳纳米管的应用领域包括电子器件、能源存储、复合材料和生物医学等。
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用
碳纳米管的合成及其在太阳能电池中的应用随着科技的不断发展，人们对于新材料的需求也越来越高，其中碳纳米管便是一种备受关注的材料。
其独特的物理和化学性质使其在不同的领域中具有广泛的应用前景，尤其是在太阳能电池中的应用。
本文将介绍碳纳米管的合成方法及其在太阳能电池中的应用。
一、碳纳米管的合成方法碳纳米管的合成方法可以分为两类：一是碳原子的“卷曲法”、拉伸法或桥接法等直接制备；二是通过一定的控制条件，使金属或半导体基底上的碳杂质被“转化”为碳纳米管的方法。
1.碳原子的“卷曲法”碳原子的“卷曲法”是最早的碳纳米管制备方法之一。
该法将石墨晶体中的一系列奇异环(例如，5环、7环)选择性地卷曲成为管状结构。
在综合比较不同组合下的奇异环的稳定性和卷曲度之后，人们发现半径为0.56 nm的单壁碳纳米管是奇异环结构卷曲所得最为稳定的结构之一。
2.金属或半导体基底上的碳杂质“转化法”金属或半导体基底上的碳杂质“转化法”是目前最常用的单壁碳纳米管制备方法之一。
该方法分为两步：首先是在基底上形成碳杂质，然后通过化学气相沉积(CVD)等方法使其被“转化”为碳纳米管。
二、碳纳米管在太阳能电池中的应用碳纳米管在太阳能电池中的应用主要包括三个方面：作为电极材料、增加背散射反射和利用碳纳米管的导电性质等。
1.作为电极材料太阳能电池中碳纳米管可以被用作电极材料。
相比于传统的导电氧化物材料，碳纳米管导电性更好，因此能够提供更加稳定的电池输出，同时也能够降低电池的制造成本。
2.增加背散射反射太阳能电池中碳纳米管还可以被用于增加背散射反射。
通过控制碳纳米管的长度和直径，可以在电池背面形成一定结构的障碍，使得一部分光线被散射反射，从而能够提高光电池的效率。
3.利用碳纳米管的导电性质太阳能电池中碳纳米管还可以被用于利用其导电性质。
碳纳米管可以作为电池的电子传输通道，从而提高电池的导电性能，同时也能够降低电池内部的电阻，提高电池的转换效率。
综上所述，碳纳米管是一种极具前景的材料，具有广泛的应用前景，特别是在太阳能电池中的应用。
碳纳米管的制备与应用
碳纳米管的制备与应用碳纳米管（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。
碳纳米管的批量制备和应用
碳纳米管的批量制备和应用近年来，碳纳米管的应用日益广泛，从生物医学到电子工业等领域都得到了广泛的应用。
然而，碳纳米管的制备一直以来是制约其应用的一个重要因素之一。
本文将介绍一种批量制备碳纳米管的方法，并探讨其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的批量制备方法1. 纳米颗粒助剂法该方法是在碳源的基础上添加一定数量的纳米颗粒作为助剂，利用其支撑作用形成碳纳米管。
一般来说，碳源与纳米颗粒会在一定的温度下反应，得到一定数量的碳纳米管。
然而，这种方法产生的碳纳米管比较难以控制，而且制备效率不高。
2. 化学气相沉积法该方法是最常用的制备碳纳米管的方法之一。
它通过将碳源沉积在物质的表面来制备碳纳米管，利用化学反应在不同温度下的碳源会生成不同的碳纳米管类型。
这种方法具有生产高纯度碳纳米管所需的速度和可控性，而且可以通过简单的调整反应条件来得到不同类型的碳纳米管。
3. 电化学剥离法该方法是利用电化学沉积的技术，将碳源喷射到电极上，并通过电化学剥离的方式得到碳纳米管。
这种方法不仅可以产生高质量的碳纳米管，而且还能够控制碳纳米管的形状和尺寸，但是这种方法收益较低，制备效率较低。
二、碳纳米管的应用1. 医学领域在医学领域，碳纳米管已被证明可以用于癌症治疗，如药物传递和光热消毒等。
此外，碳纳米管也被广泛用于强度模拟、诊断和治疗等领域，比如磁共振成像和治疗、脑部疾病的治疗等。
2. 电子工业领域在电子工业领域，碳纳米管有广泛的应用，如晶体管的制造、集成电路的制造等。
与其他技术相比，碳纳米管的好处主要是它的导电性和强度高、自身大小小等优点。
三、结论总之，制备高质量的碳纳米管是现在急需面对的一个重要问题。
在不断发展的现代科学技术领域中，我们相信碳纳米管的应用前景一定会越来越广泛。
值得注意的是，与生物领域以及电子工业相比，我们现在可以在更多的领域中应用该技术，并尽可能发掘碳纳米管的其他潜在优点。
未来，研究人员还将致力于研究碳纳米管在其他领域的应用，使其更加广泛应用，提高人们的生活质量和技术水平。
大规模碳纳米管的制备和应用
大规模碳纳米管的制备和应用纳米技术是近年来备受瞩目的科技领域，其应用范围越来越广泛，其中碳纳米管的制备和应用也备受关注。
碳纳米管具有轻量、高强度、导电性能好等一系列优点，成为了能够广泛应用的纳米材料之一。
本文将从碳纳米管的制备和应用两个方面进行探讨。
一、碳纳米管的制备碳纳米管的制备方法目前主要有化学气相沉积、电弧放电法、化学剥离法、等离子体增强化学气相沉积等。
其中电弧放电法是最早被发现的制备碳纳米管的方法，但由于制备条件苛刻、产率较低等因素，现在已逐渐被其他方法所取代。
化学气相沉积是制备碳纳米管比较常用的方法之一，主要是通过在一定的气氛下，将适当的碳源物质分解成更小的碳元素，同时控制反应温度和气压，促使碳元素的自发聚合，从而生成碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的直径、长度和性质，而产率也比较高，但是对于较大规模的制备来说，其成本较高。
化学剥离法简单，成本较低，但是其制备出的碳纳米管杂质较多，质量难以保证，适用于一些科研试验中的小规模制备。
等离子体增强化学气相沉积的优点是其能够制备出高纯度、高质量的碳纳米管，能够制备较大规模的碳纳米管，同时制备周期较短，速度很快，但是由于其制备过程较为复杂，需要一定的设备，在实际应用中受到限制。
二、碳纳米管的应用1.电子器件由于碳纳米管在尺寸和导电性能上都具有优势，因此其在电子器件方面的应用广泛。
碳纳米管场效应晶体管、电极、存储器等器件的制备应用成为近年来电子信息领域中的热点研究。
2.生物传感器碳纳米管在生物医药领域中也有广泛的应用。
通过将碳纳米管与药物结合，可以研制出具有针对性的新型肿瘤治疗药物，大大降低治疗过程中的副作用。
同时，碳纳米管也可以用于生物传感器领域，例如血糖计、生化传感器等。
3.催化剂碳纳米管作为一种催化剂具有广泛的应用前景。
其与常规催化剂相比，具有活性更高、催化效率更高等优势，可以用于化学工业中，推动环保事业发展。
4.纤维材料碳纳米管的高强度、高弹性、高导电性能，使它成为一种优秀的增强材料。
碳纳米管的合成及其在电子器件中的应用
碳纳米管的合成及其在电子器件中的应用在当今科技飞速发展的时代，材料科学的进步对于推动各个领域的创新起着至关重要的作用。
碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的新型材料，近年来引起了广泛的关注和研究。
它不仅在基础科学研究中具有重要意义，而且在电子器件等实际应用中展现出了巨大的潜力。
碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，其管径通常在几纳米到几十纳米之间，长度可以达到微米甚至毫米级别。
这种特殊的结构赋予了碳纳米管许多卓越的物理和化学性质。
首先，我们来探讨一下碳纳米管的合成方法。
目前，主要的合成方法包括电弧放电法、激光烧蚀法和化学气相沉积法等。
电弧放电法是最早用于合成碳纳米管的方法之一。
在这种方法中，两根石墨电极在惰性气体环境中通过电弧放电产生高温，使碳原子蒸发并重新组合形成碳纳米管。
然而，这种方法合成的碳纳米管往往存在结构缺陷，且产量较低。
激光烧蚀法是利用高能量的激光束照射含有碳源的靶材，使碳原子蒸发并形成碳纳米管。
与电弧放电法相比，激光烧蚀法能够制备出纯度较高的碳纳米管，但同样存在产量不高的问题。
化学气相沉积法是目前应用最为广泛的碳纳米管合成方法。
它通常以含碳气体（如甲烷、乙烯等）为碳源，在金属催化剂的作用下，通过高温分解反应在基底表面生长出碳纳米管。
这种方法具有成本低、产量高、可控性好等优点，可以通过调节反应条件（如温度、气体流量、催化剂种类等）来控制碳纳米管的管径、长度和结构。
在了解了碳纳米管的合成方法之后，我们再来看看它在电子器件中的应用。
碳纳米管具有出色的电学性能，其导电性可以是金属性的，也可以是半导体性的，这使得它在电子器件中有着广泛的应用前景。
在晶体管领域，碳纳米管晶体管由于其高载流子迁移率、低功耗和小尺寸等优点，有望取代传统的硅基晶体管。
与硅基晶体管相比，碳纳米管晶体管的开关速度更快，可以大大提高电子设备的运行效率。
此外，碳纳米管晶体管还具有良好的柔韧性和可扩展性，为未来可穿戴电子设备的发展提供了可能。
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作为一种非常重要的纳米材料，其具有良好的力学、导电和导热性能，因此被广泛地应用于许多领域，包括电子、生物医学和能源等各个领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法和其应用场景。
一、碳纳米管的制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是制备碳纳米管最常见的方法之一。
该方法依靠热解碳源气体在催化剂表面生成碳或石墨烯薄膜，然后卷起形成碳纳米管。
常用的碳源气体包括甲烷、乙烷和乙炔等，催化剂一般采用金属催化剂，包括铜、铁、镍和钴等。
2. 电弧放电法电弧放电法也是一种常见的制备碳纳米管的方法。
该方法使用高强度电弧放电穿过两个电极之间的气体来产生高温和压力，进而形成碳纳米管。
该方法可产生大量的碳纳米管，但其纯度较低，同时还需要高电压和高温。
3. 溶剂热法溶剂热法是一种较新的制备碳纳米管的方法。
该方法通过在有机溶剂中加入碳源和催化剂前体，然后在高温和高压的条件下合成碳纳米管。
该方法的优点是操作简单，可控性强，但生产量较低。
二、碳纳米管的应用场景1. 电子学领域碳纳米管具有非常好的导电性能和韧性，因此在电子学领域中被广泛应用，包括晶体管、场效应晶体管、半导体器件和纳米电子学领域。
2. 生物医学领域碳纳米管具有生物相容性，因此在生物医学领域被广泛应用，包括药物输送、治疗和影像等方面。
此外，碳纳米管通过改变管径和表面化学性质，还能改变其对生物体的相互作用和药物释放效果。
3. 能源领域由于碳纳米管具有高导电性和高能源密度等特点，它们被应用于制备高性能电池、超级电容器和燃料电池等能源领域。
此外，单壁碳纳米管因其优异的传热和导电性能，还能应用于制备高效的热电器件。
三、总结由于碳纳米管的优异性能和广泛的应用场景，它已成为当前纳米材料研究的重要分支。
虽然碳纳米管的制备和应用已经取得了大量的进展，但仍有许多挑战需要克服，例如生产成本、生物相容性和寿命等。
希望在未来的研究中，能够加快碳纳米管的研究和应用。
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越来越受到关注的纳米材料，其独特的物理和化学特性可应用于多种领域，例如电子学、材料学、生命科学等。
随着碳纳米管的研究不断深入，其制备和应用也越来越成熟。
本文将着重探讨碳纳米管的制备方法及其在不同领域中的应用。
一、碳纳米管的制备目前，常用的碳纳米管制备方法主要有两种：化学气相沉积（CVD）和电弧放电法。
化学气相沉积是一种将碳源与金属催化剂一起加热并注入气体中，在高温下使气体中的碳原子在催化剂表面上快速地聚合形成纳米管的方法。
化学气相沉积制备碳纳米管具有成本低、生产效率高、纳米管质量好等优点。
然而，该方法在控制纳米管的壁数、直径和长度等方面存在一定的局限性。
电弧放电法是将两个相对阳极极间的碳电极在惰性气体氛围下加热并放电，由于高温和高电压的作用，使碳电极表面的碳原子在惰性气体中迅速聚合形成纳米管。
电弧放电法可制备掺杂和非掺杂的多壁和单壁碳纳米管，但该方法的成本较高，操作复杂。
二、碳纳米管的应用碳纳米管具有管状结构和优异的力学、电学、导热、热稳定性等性质，成为材料学、电子学、生命科学等领域的研究热点。
下面将分别介绍碳纳米管在这些领域中的应用。
材料学方面，碳纳米管可用作材料强化剂。
将碳纳米管掺入金属基体中，可增强金属的力学性能，提高其耐磨性和耐腐蚀性。
另外，碳纳米管还可用于制备高强度、轻质复合材料，并可应用于构建高压氢气体储存材料。
电子学方面，碳纳米管可用于制备场效应晶体管、透明导电电极和微电子学器件等。
设备可用于构建柔性电子器件，例如可穿戴电子产品和生物医学传感器。
同时，碳纳米管还可用于制备超级电容器和锂离子电池等储能材料。
生命科学方面，碳纳米管可用于生物成像、生物分析和药物传输等。
碳纳米管具有优异的生物相容性和低毒性，可用于构建高灵敏度的生物传感器，并可在药物输送中用于载药。
另外，由于碳纳米管的高导电性，也可用于神经元和心脏肌细胞的组织工程和电刺激控制。
三、结论随着科学技术的发展，碳纳米管制备及其应用的研究会越来越深入。
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。
碳纳米管复合材料
碳纳米管复合材料碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有极高的强度和导电性能。
碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料结合而成的复合材料，具有优异的性能和广泛的应用前景。
本文将从碳纳米管的特性、制备方法、以及在复合材料中的应用等方面进行介绍。
首先，我们来了解一下碳纳米管的特性。
碳纳米管具有极高的比表面积和机械强度，同时具有优异的导电性和导热性能。
这使得碳纳米管在复合材料中具有很大的优势，可以显著提高复合材料的力学性能和导电性能。
此外，碳纳米管还具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，能够在恶劣的环境下保持稳定的性能。
其次，我们来看一下碳纳米管复合材料的制备方法。
目前，制备碳纳米管复合材料的方法主要包括物理混合法、化学还原法和原位合成法等。
物理混合法是将碳纳米管与其他材料进行机械混合，然后通过热压或注塑等工艺将其制备成复合材料。
化学还原法则是利用化学方法将碳纳米管与其他材料进行还原反应，形成复合材料。
原位合成法则是在制备过程中直接在碳纳米管上合成其他材料，形成复合材料。
这些方法各有优缺点，可以根据具体的应用需求选择合适的方法。
最后，我们来讨论一下碳纳米管复合材料在各个领域的应用。
碳纳米管复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备、医疗器械等领域都有着广泛的应用。
在航空航天领域，碳纳米管复合材料可以制备轻质高强度的结构材料，用于制造飞机、卫星等航天器件。
在汽车制造领域，碳纳米管复合材料可以制备高强度、耐磨损的汽车零部件，提高汽车的安全性和耐久性。
在电子设备领域，碳纳米管复合材料可以制备柔性电子材料，用于制造柔性显示屏、柔性电池等产品。
在医疗器械领域，碳纳米管复合材料可以制备生物相容性良好的材料，用于制造人工骨骼、人工关节等医疗器械。
总之，碳纳米管复合材料具有优异的性能和广泛的应用前景，将在未来得到更广泛的应用。
随着制备技术的不断进步和应用领域的不断拓展，碳纳米管复合材料将为人类社会带来更多的惊喜和便利。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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。
这两个结果大大增加了人们对碳纳米管储氢应用 前景的希望。
CNT应用及理论
CNT的功能化
1、共价功能化 A：端口功能化 B：侧壁功能化
2、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
目的：提高CNT的溶解度，有助于纯化，并引入新的性能。
聚合物功能化
Scheme 1. Interaction between PSPEO and MWNTs
技术支持：中科院成都有机所于作龙研究小组（催 化）
中科时代纳米公司
中科时代纳米公司（中科院成都有机所）产品： 单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、 工业级多壁碳纳米管
石墨烯、碳纳米管分散液及浆料、碳纳米管填料、 碳纳米管功能母粒、碳纳米管环氧复合物
高纯度（>90wt%）单壁碳纳米管的生产能力已达到100kg/a， 多壁碳纳米管（直径:20-30nm,纯度:>95%）的生产能力已达 到30T/a。
南昌大学机电工程学院曾效舒教授 公司生产碳纳米管及石墨烯
清华化工系魏飞教授组
天奈公司(Cnano)：技术支持-清华化工系魏飞教授组 利用纳米聚团床反应器技术，成功设计出低成本、 大批量制备碳纳米管的工艺流程，目前已形成 日产360公斤、年产120吨、纯度高达80％以上的 多壁纳米管生产能力。
注重基础研究与产业化结合
制备纳米碳管的其它方法：
1.微波等离子化学蒸发法 2.微孔模板法 3.太阳能法
国内碳纳米管批量制备情况
深圳纳米港有限公司: 成立于2001年,是国内最早从 事碳纳米管开发和生产的高科技企业。
在国际上首次成功实现碳纳米管的连续化批量产， 年产碳纳米管可达5－10吨，成为亚洲最大的碳纳 米管生产基地，产量居世界前列（2001年数据）。
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。
1993年发现单壁碳纳米管(SWNT),直径0.4nm4nm，长度可达几微米
饭岛和 他的碳 纳米管
Nature 354, 56 - 58 (1991)
http://nec.co.jp
背景介绍
图a 图c
图b
图a，b分别是多壁，单壁碳 纳米管示意图，图c是碳纳米 管的放大电镜图
背景介绍
碳纳米管分类：
Fig. 2. TEM images of the MWNTs/PSPEO at lower (a) and higher (b) magnifications
CNT应用及理论
超级电容器
超级电容器
双电层电容
法拉弟准电容
比表面积大（250-3000m2/g) 碳纳米管电容量可到每克15-200F，目前数千法拉的电容器已被生产 单壁碳纳米管电容量一般为180F/g，多壁碳纳米管电容量一般为102F/g 单壁碳纳米管电容器功率密度可达20KW/kg，能量密度可达7Wh/kg
碳纳米管(CNTs)制备及其应用
主要内容
T背景情况介绍及其制备 T自身理论及应用 T复合材料
碳纳米管(CNT)的发现
纳米碳管研究是富勒烯的继续.1991年，NEC公司 的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多壁纳米碳管(MWNT),直 能：
碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0.335nm)略 大的层间距(0.343nm)，是否具有更加优良的储氢性能， 也成为科学家们关注的焦点。
1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的 储氢性能做了研究，SWNT在0℃时,储氢量达到了5%。
Declutch指出:一辆燃料机车行驶500km,消耗约 31kg的氢气，以现有的油箱来推算，需要氢气储存的重量 和体积能量密度达到65%和62kg/m3。
CNT应用及理论
储氢材料
人类社会发展所使用的主要能源
煤炭→石油→天然气→？
氢能特点 目前主要的氢气存储方法
金属氢化物、液化、高压储氢及有机氢化物 储氢
碳纳米管储氢特点 影响因素
管径、管间距、管束直径
CNT应用及理论
储氢材料
1997年，AC Dillon等报道了单壁纳米碳管的 中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛关注，相关 的实验研究和理论计算工作也相继展开，初步结果 表明：纳米碳管是一种很有发展前途的储氢材料。 单壁纳米碳管的吸氢过程研究发现，氢以很大密度 填充到单壁纳米碳管的管体内部以及单壁纳米碳管 束之间的孔隙，因此单壁纳米碳管具有极佳的储氢 能力，据推测单壁纳米碳管的储氢量可达10％（重 量比）
研究方向：石墨烯、碳纳米管手性控制与工程应用、 能量收集、转换与存储（太阳能电池、锂离子电池、 超级电容器等）、复合材料与异质结构
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.
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。
氦气保护石墨电弧法
氢气保护石墨电弧法
阳极-面积较小的石墨棒（石墨粉 和催化剂组成）
阴极-面积较大的石墨棒
氢电弧法优点:
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 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
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
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）
Adv. Mater. 2010, 22, 617–621
解思深院士
中国科学院物理研究所
主要研究方向： 1．纳米碳管及其它一维纳米材料阵列体系的制备 方法研究，模板生长和可控生长机理研究； 内嵌或外包附及金属掺杂的研究。 2. 纳米碳管及其它一维纳米材料阵列体系的的结构 和谱学研究。 3．纳米碳管及其及其它一维纳米材料、阵列体系的 物性研究。 4．纳米碳管及其它一维纳米材料作为复合材料中加 强材料的应用，界面结构和性质研究。
北京大学李彦教授
本课题组主要从事碳纳米管的制备、修饰、表征和应用 的研究。发展碳纳米管的可控制备方法，通过化学修饰 和复合对碳纳米管进行进一步的性能调控，同时发展相 应的表征技术以满足可控制备和修饰研究的需求，并探 索基于碳纳米管的材料在纳电子、能源及生物医学等方 面的应用。
沈阳金属所成会明教授 先进炭材料研究部
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
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
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↓）
力学性能：
碳纳米管力学性质
力学性能：
各种型号的CNT的价格，形状，性能
优异的化学稳定性（C-C键，无悬空键）
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。
电学性能：
由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具 有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管 壁的螺旋角。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。
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。