碳纳米管简介讲解

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；
碳纳米管对3种金属离子的吸附量随着溶液pH值的升高和离 子强度的减小而增加。
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。
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三、碳纳米管的结构
1.按形态分
2.按手Βιβλιοθήκη Baidu分
通常依照n ，m 的相对关系，将单 壁碳纳米管分为 achiral 和chiral 两个基本类型。
Achiral 型又分为zigzag （锯齿型） 和armchair（扶手椅型） 两类。
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。
张浩&郭瑶&吴敏 &赵云丽&侯晓岩
一、碳纳米管定义 二、碳纳米管的发展史 三、碳纳米管的结构 四、碳纳米管的性能 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）
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。
2.碳氢化合物催化分解法
单壁碳纳米管的CVD合成条件
3.激光烧蚀法
4.等离子体法
将苯蒸气通过等离子体分解后产生的碳原子簇沉积于水冷铜板上，得到 长度可达200μm的碳纳米管。
3.热学性能
一维碳纳米管具有非常大的长径比，虽然在管轴 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。
因而大量热是沿着长度方向传递的，通过适当
排列碳纳米管，可以合成热高各向异性材料。
纳米管的横向尺寸比多数在室温至150oC电介
质的晶格振动波长大一个量级，这使得弥散的纳米
管在散布声子界面的形成中是有效的，同时降低了
7.其它性能
低密度 可低至1.33-1.40 g/cm3，而铝的密度为2.70 g/cm3
高场发射效率 电极间距为1μm时，1~3 V电压即可激发出荧光，而钼针尖需50~100 V 电压，且寿命有限
奇异的光学性能 能够吸收光波，而后散发还原光波（即碳纳米管材料具有传输、储 存 和恢复光波信号的性能）
当n 和m 其中之一为0 时，为 zigzag 型；当n=m 时为armchair 型；其它所有情况都称为chiral 型 ( 手性管）
3.按照石墨烯片的层数可分为
管壁由单石墨片层卷绕而成，两侧由富勒烯半球封端
根据卷绕方式（n, m）的不同，SWNT可分为
armchair n = m ，
zigzag n = 0 ， chiral n ≠ m, m ≠ 0
1.力学性能
碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa, 是最强 的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最 理想的。
高机械强度：钢100倍强度，1/6重量
高长径比: 103数量级
高比表面: 400-500m2/g
5万个纳米管并排起来才有人的一 根头发那么宽
天梯材料的唯一选择
2.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。
导热性能。
4.场发射特性
碳纳米管具有优良的场致发射特性（其中包括FED 对阴极所要求的发射的一致性、稳定性和高的发射点 密度），尤为适于制作新型平板显示器。
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。
5.储氢性能
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。
磁学性能 在磁场中，能被磁化，磁化率各向异性
……
五、碳纳米管的制备
1.石墨电弧放电法
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，电弧区温度 非常高，碳纳米管缺陷较多
根据电子结构的不同，SWNT可分为
金属性 (n-m)/3为整数
半导体性 (n-m)/3为非整数
+
可视为“同轴多层碳圆柱体的组装体”– Russian doll 层间距~0.34 nm (石墨片层间距0.335 nm) 多层碳圆柱体间由弱的Van de Waals力提供绑缚力
四、碳纳米管的性能
1991年 日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状 沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）；
1992年 瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)；