碳纳米管ppt课件
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碳纳米管的制备 ppt课件
15
碳纳米管合பைடு நூலகம்的工程原理
传递与反应
反应器尺度的传递现象及碳纳米管的生长动力学: 碳纳米管生长过程包含巨大的密度、体积变化以及 由此带来的聚团结构、反应与流动状态的变化。
这种变化需要控制反应器的温度和浓度等核心生长 条件。尽管碳纳米管的生长和高分子聚合有相似之 处, 但是碳纳米管的分子量更高, 其相关的反应传递 特性与高分子加工显著不同, 进而相关的传统加工理 念必须做出调整才能够适应类似碳纳米管的纳米材 料的宏量制备。
16
碳纳米管的工程原理
反应器与过程
宏观尺度的过程设计与强化: 过程尺度设计是实现 碳纳米管产业化最为主要的工程工作; 而过程进一 步强化, 如使用更好的加工工艺操作、设计新的催化 路线以及发展经济型原料和进料方式, 可以有效提高 过程的效率。
17
碳纳米管合成的工程原理
社会与环境
碳纳米管实用化尺度涉及的环境和生态方面的考虑, 以及碳纳米管的包装、运输、应用、标准化和商品 化: 随着碳纳米管的批量制备的增加和应用越来越 广, 普通公众也会越来越多地接触碳纳米管及其衍生 产品。这些产品不仅在性能上产生了社会与经济效 益, 同时也可能对人体健康和生物圈的安全性带来影 响
18
碳纳米管的种类
单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳 纳米管、定向碳纳米管、超顺排碳纳米 管、水平超长碳纳米管、掺杂碳纳米管 、螺旋碳纳米管、碳纳米管结及碳纳米 管/石墨烯杂化物
19
单壁碳纳米管
单壁碳纳米管：主要应用于储氢材料，添加剂的 改性
20
多壁碳纳米管
用途:用于导电性材料，改性，添加剂
传递与反应
团聚结构控制
化学
反应
工程
催化剂设计
碳纳米管合பைடு நூலகம்的工程原理
传递与反应
反应器尺度的传递现象及碳纳米管的生长动力学: 碳纳米管生长过程包含巨大的密度、体积变化以及 由此带来的聚团结构、反应与流动状态的变化。
这种变化需要控制反应器的温度和浓度等核心生长 条件。尽管碳纳米管的生长和高分子聚合有相似之 处, 但是碳纳米管的分子量更高, 其相关的反应传递 特性与高分子加工显著不同, 进而相关的传统加工理 念必须做出调整才能够适应类似碳纳米管的纳米材 料的宏量制备。
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碳纳米管的工程原理
反应器与过程
宏观尺度的过程设计与强化: 过程尺度设计是实现 碳纳米管产业化最为主要的工程工作; 而过程进一 步强化, 如使用更好的加工工艺操作、设计新的催化 路线以及发展经济型原料和进料方式, 可以有效提高 过程的效率。
17
碳纳米管合成的工程原理
社会与环境
碳纳米管实用化尺度涉及的环境和生态方面的考虑, 以及碳纳米管的包装、运输、应用、标准化和商品 化: 随着碳纳米管的批量制备的增加和应用越来越 广, 普通公众也会越来越多地接触碳纳米管及其衍生 产品。这些产品不仅在性能上产生了社会与经济效 益, 同时也可能对人体健康和生物圈的安全性带来影 响
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碳纳米管的种类
单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳 纳米管、定向碳纳米管、超顺排碳纳米 管、水平超长碳纳米管、掺杂碳纳米管 、螺旋碳纳米管、碳纳米管结及碳纳米 管/石墨烯杂化物
19
单壁碳纳米管
单壁碳纳米管：主要应用于储氢材料，添加剂的 改性
20
多壁碳纳米管
用途:用于导电性材料，改性，添加剂
传递与反应
团聚结构控制
化学
反应
工程
催化剂设计
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
天、军事等方面都有广泛. 应用。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
.
.
碳纳米管的主要性质
.
二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
.
➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。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。
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
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碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
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碳纳米管的主要性质
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二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
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➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。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。
碳纳米管应用于吸附和吸波材料优质课件
用于吸碳附纳t和t米吸管波材料
主讲人：关丽涛
1 特殊吸附材料
原因
水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规
的吸收剂很难满足要求 .
碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料.
1 特殊吸附材料
试验 王曙光等发现碳纳米管负载氧化铝复合材料在 水中除氟能力是活 性碳负载 α-Al2 O3 的 15 ～ 25 倍 ,是活性碳负载 γ-Al2O3 的 3 ～ 4.5碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料 或暗室吸波材料.采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 .
主讲人：关丽涛
1 特殊吸附材料
原因
水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规
的吸收剂很难满足要求 .
碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力加强, 吸收频率宽化. 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 清华大学的宋泳制备出碳纳米管复合涂层吸波材料 . 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料. 碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料.
1 特殊吸附材料
试验 王曙光等发现碳纳米管负载氧化铝复合材料在 水中除氟能力是活 性碳负载 α-Al2 O3 的 15 ～ 25 倍 ,是活性碳负载 γ-Al2O3 的 3 ～ 4.5碳纳米管是一种有前途的微波吸收剂, 可用于隐形材料 、电磁屏蔽材料 或暗室吸波材料.采用 KOH进行活化处理,可使碳纳米管的微波吸收能力 水中很多微量重金属元素或微量的有机物对 人体非常有害,但常规的吸收剂很难满足要求 .
神奇的纳米材料PPT课件
科学新视野
19
5/23/2020
• 2001年 当时美国总统Clinton建立了 National Nanotechnology Initiative ( NNI) ，以推动和协调美国的纳米研究。
The covers of the reports from the National
Nanotechnology Advisory Panel to US President.
科学新视野
20
5/23/2020
3. 观察纳米世界的主要工具
• 扫描隧道显微镜（STM） • 原子力显微镜（AFM） • 扫描电子显微镜（SEM） • 透射电子显微镜（TEM）
科学新视野
21
5/23/2020
3.1 扫描隧道显微镜(STM)
扫描隧道显微镜的照片
刻蚀的钨针尖
科学新视野 5/23/2020
科学新视野
49
5/23/2020
• 1990年 首届国际纳米技术科技会议在美国 巴尔的摩（Baltimore）举办
科学新视野
50
5/23/2020
科学新视野 5/23/2020
一道习题
Klever = 2 nN/nm Ksilicon = ∞ KZnO = ? 如果纳米线长1um，直 径100nm，请计算纳米 线的弹性模量E。
碳纳米管， 各种纳米线
薄膜
科学新视野
13
5/23/2020
科学新视野
14
5/23/2020
2. 纳米的起源和发展Fra bibliotek• 1959年 美国物理学家费曼（Richard Feynman）首先提出，组装原子或分子是 可能的。
科学新视野
储氢材料概述PPT课件
方法 大比表吸附剂
~1wt%
80K
纳米碳管
<2wt% 可逆存放量
金属氢化物 >100 g/l 化学 方法 有机液体 ~50 g/l
其他含氢物质 63/22 g/l
<2wt% 可实用速度吸\放氢量 ~7wt% 苯理论量 >4wt% 30%NaBH4溶液
2021/3/14
2021
8
日本加氢站
2021/3/14
Seminar I
储氢材料概述
2021/3/14
2021
1
一、绪言
氢－二十一世纪 的绿色能源
2021/3/14
2021
2
1.1能源危机与环境问题
化石能源的有限性与人类需求的无限性－ 石油、煤炭等主要能源将在未来数十年至数百年内枯竭！！！
（科技日报，2004年2月25日，第二版）
化石能源的使用正在给地球造成巨大的生 态灾难－温室效应、酸雨等严重威胁地球动植物的生存！！！
子的吸附 TiMn1.5H2.5 日本松下（1.8％） Ti0.90Zr0.1Mn1.4V0.2Cr0.4 活性好 用于：氢汽车储氢、电池负极Ovinic
2021/3/14
2021
24
3.2配位氢化物储氢
碱金属（Li、Na、K）或碱土金属（Mg、 Ca）与第三主族元素(B、Al)形成
储氢容量高 再氢化难(LiAlH4在TiCl3、 TiCl4等催化下180℃ ，
2021
20
PCT curves of TiFe alloy
TiFe(40 ℃)
TiFe alloy
Characteristics:
❖ two hydride phases; ❖ phase (TiFeH1.04) & phase (TiFeH1.95 ) ❖ 2.13TiFeH0.10 + 1/2H2 → 2.13TiFeH1.04 ❖ 2.20TiFeH1.04 + 1/2H2 → 2.20TiFeH1.95
纳米材料简介及其应用ppt课件
ppt课件
6
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
(2) 纳米科技将引发一场新的工业革命
• 纳米技术是80年代初迅 速发展起来的前沿学科， 它使人们认识、改造微观 世界的水平提高到了一个 新的高度。纳米技术将用 于下一代的微电子器件即 纳米电子器件，使未来的 电脑、电视机、卫星、机 器人等的体积变得越来越 小.
其次，由于纳米科技是对人 类认知领域新疆域的开拓，人 类将面临对新理论和新发现重 新学习和理解的任务。
ppt课件
5
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
再次，从人类未来发展的角度看，可持续发展将是人 类社会进步的唯一选择。纳米科技推动产品的微型化、高 性能化和与环境友好化，这将极大节约资源和能源，减少 人类对其过分依赖，并促进生态环境的改善。这将在新的 层次上为可持续发展的理论变为现实提供物质和技术保证。
ppt课件
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病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
纳米电子器件中最有应用前景的是量子元器件。这 种利用量子效应制作的器件不仅体积小，还具有高速、 低耗和电路简化的特点。纳米电子学中另一个有趣的研 究热点是所谓的单电子器件,在单电子器件中，利用库仑 阻塞效应，甚至能够对电子一个一个的加以控制，这有 可能开发出单电子的数字电路或存储器。开发单电子晶 体管, 只要控制一个电子的行动即可完成特定功能,使功耗 降低到原来的1000—10000分之一。
常见碳材料PPT课件
无序诱导的D-band的产生---双共振拉曼散射
精选ppt课件2021
6
D,2D-Band-Double Resonance
D-Band
G-Band
K
158c0m1
1. e excitation 2. e-phonon scattering 3. defect scattering 4. E-hole recombination
精选ppt课件2021
12
石墨烯的拉曼光谱
Graphene中 心无缺陷存在
(a) Comparison of Raman spectra at 514 nm for bulk graphite and graphene. They are scaled to have similar height of the 2D peak at 2700 cm-1.
（2）G-band(~1580cm-1)是由碳环或长链中 的所有sp2原子对的拉伸运动产生的。
（3）缺陷和无序诱导D-band（~1360cm-1）的产生。
（4）一般我们用D峰与G峰的强度比来衡量碳材料 的无序度。
精选ppt课件2021
4
商用石墨
1355cm-1峰的出现归结于微晶尺寸效应使得没 有拉曼活性的某些声子在选择定则改变后变得 有了拉曼活性。 发现D模对于拉曼活性G模的相对强度与样品中 石墨微晶尺寸的大小相关。
b The statistical results of the angle measurements.The standard deviation is 5.4°.
(b) Evolution of the spectra at 514 nm with the number of layers.
精选ppt课件2021
6
D,2D-Band-Double Resonance
D-Band
G-Band
K
158c0m1
1. e excitation 2. e-phonon scattering 3. defect scattering 4. E-hole recombination
精选ppt课件2021
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石墨烯的拉曼光谱
Graphene中 心无缺陷存在
(a) Comparison of Raman spectra at 514 nm for bulk graphite and graphene. They are scaled to have similar height of the 2D peak at 2700 cm-1.
（2）G-band(~1580cm-1)是由碳环或长链中 的所有sp2原子对的拉伸运动产生的。
（3）缺陷和无序诱导D-band（~1360cm-1）的产生。
（4）一般我们用D峰与G峰的强度比来衡量碳材料 的无序度。
精选ppt课件2021
4
商用石墨
1355cm-1峰的出现归结于微晶尺寸效应使得没 有拉曼活性的某些声子在选择定则改变后变得 有了拉曼活性。 发现D模对于拉曼活性G模的相对强度与样品中 石墨微晶尺寸的大小相关。
b The statistical results of the angle measurements.The standard deviation is 5.4°.
(b) Evolution of the spectra at 514 nm with the number of layers.
神奇的储氢材料――碳纳米管PPT课件
目前的储氢材料都不能满足这一要求。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
9
碳纳米管
Carbon nanotube （ＣＮＴ）
由于纳米材料的研究热潮的带动，以碳和 纳米碳材料进行储氢成为新的研究热点。
10
纳米材料(1—100nm)的基本效应 1、小尺寸效应（体积效应） 2、量子尺寸效应 3、宏观量子隧道效应
4、表面效应
11
• 又叫巴基管，碳的同素异形体
2
氢能
hydrogen energy
3氢能被人们称ຫໍສະໝຸດ 理想的“绿色能源”氢能的优越性
1、安全环保：氢气分子量为2，比空气轻1/14，因此氢气泄露 空气中会自动逃离地面，不会形成聚集。而其他燃油燃气均会 聚集地面而构成易燃易爆危险。无味无毒，不会造成人体中毒， 燃料产物仅为水，不污染环境。 2、高温高能：1kg氢气的热值为34000Kcal, 是汽油的三倍。氢 氧焰温度高达2800度，高于常规液体。
31
学习总结
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
32
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
24
储氢量与储氢压力（温度）关系图
25
氢气释放问题：
2005年7月26日,美国NIST和Turkey's Bilkent大学发 现,钛修饰碳纳米管可以解决有效储氢的两个关键 问题:不但能够吸附足够数量的氢分子,而且可以 在加热时轻易地释放．
研究人员正在试图用碳纳米管制作轻便的可携带 式的储氢容器。
相关主题
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14
碳纳米管材料的性能
电学性能
碳纳米管在电学性能上也有很大 的发展空间。
实验表明不同类型的碳纳米管， 导电性能也不相同，例如，单壁纳米管 总是金属性的，手性形纳米管中则部分 为半导体性，部分为金属性的。
有报道说Huang通过计算认为直 径为0.7nm的碳纳米管具有超导性， 尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K， 但是预示着碳纳米管在超导领域的应用 前景。
8
2.按层数分类
1）单壁碳纳米管（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)。
2）多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：为由不同直
1 非手性型（对称）
Hale Waihona Puke 扶手椅型 锯齿型2 手性型（不对称）
10
4.按定向性分类
1 定向碳纳米管
2 非定向碳纳米管
11
二.碳纳米管材料的性能
力学性能
电学性能
热学性能
储氢性能
其他性能
碳纳米管主要的性能 可以从五个方面说明
12
碳纳米管材料的性能
力学性能
金刚石是我们所知道的自然界中最 为坚硬的物质。而作为金刚石的同素 异形体，碳纳米管具有良好的力学性 能。
激光蒸发法制备碳纳米管的装置
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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。
优缺点： 电弧法的特点是简单快速, 制得的碳纳米管管直, 结晶
度高,但产量不高,阴极上除了碳纳米管还沉积有富勒烯、石 墨颗粒、无定形碳和其他形式的炭颗粒。而且由于电弧温度 高达3000～3700 ℃, 形成的碳纳米管会被烧结成一体,烧结 成束, 束中还存在很多非晶碳杂质, 造成较多的缺陷。
电弧法目前主要用于生产单壁碳纳米管。选择合适的催 化剂组合与含量, 是电弧法制备单壁碳纳米管研究的主要方 向之一。
间以碳-碳σ键结合起来。
4
碳纳米管材料构
5
碳纳米管的发现
碳纳米管于1991年由日本NEC公司基础研究 实验室的电子显微镜专家饭岛澄男首先发现。 他在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设 备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状 的同轴纳米管组成的碳分子，这就是今天被广 泛关注的碳纳米管。
碳纳米管
Carbon Nanotubes
1
一. 碳纳米管简介及其分类
二.
碳纳米管的性能
三. 碳纳米管的制备方法
四.
碳纳米管的应用
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一.碳纳米管简介
又叫巴基管，碳的同素异形体 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、
中空纳米管
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
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碳纳米管的结构
与金刚石、石墨、富勒烯一样，是碳的一种同素异形体 。它 是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之
径的单壁碳纳米管套构而成。 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2～30 nm和 0.1～50μm。
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
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3.按手性分类
根据构成单壁碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为：
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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。
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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。
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2.激光蒸发法(Laser Ablation)
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。
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1.按形态分类
碳纳米管的分类
实际制备的碳纳米管的管身并不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变形所致。碳五边形引起正弯曲，碳七边形引起
负弯曲。
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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
LA制备的SWNT束的TEM照片
Science 273 , 483–487(1996)
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3.化学气相沉积法（CVD）
化学气相沉积法又名催化裂解法, 其原理是通过烃类(如甲烷、乙烯、 丙烯和苯等) 或含碳氧化物(如CO) 在催化剂的催化下裂解为碳原子，碳原 子在催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成碳纳米管。
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1.电弧法（Arc Discharge Methods）
主要工艺：
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 (金属镍、钴、铁等) 的石墨为电 极，在电弧放电的过程中，两石墨 电极间总保持一定的间隙。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。
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硬度：碳-碳共价键是自然界中最稳定 的化学键，而碳纳米管的强度接近于 碳-碳键的强度，因此单壁碳纳米管的 抗拉强度达到50～200GPa，杨氏模 量与金刚石相当，强度是钢的100 倍。
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碳纳米管材料的性能
力学性能
弹性：与金刚石的三维结构不同，碳 纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具 有相当好的弹性。实验表明碳纳米管 在拉升达原来长度的136%时仍 然可 以恢复到原来的样子。而且即使受到 了很大的外加应力，碳纳米管也不会 发生脆性断裂 。
其他性能
碳纳米管还具有光学和毛细，化 学等其他良好的性能，也正是这些特 性使得碳纳米管成为许多新材料的基 础。
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三.碳纳米管的制备方法
CNTs的制备方法有多种，主要有： 电弧法 激光蒸发法 化学气相沉积法 燃烧火焰法 电解法
通过各种外加能量，将碳源分解为原子或离子形式， 然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。