碳纳米管简介

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（碳纳米管 ）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。
3) 热学性能 一维管具有非常大的长径比，因而大量热是 沿着长度方向传递的，通过合适的取向， 这种管子可以合成高各向异性材料。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。适当排列 碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导 材料。
4.碳纳米管的生产方法
石墨电弧法 燃烧火焰法 激光蒸发法
1)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。
2)燃烧火焰法 利用液体（如乙醇）、气体（如乙炔）和固体 （如木ห้องสมุดไป่ตู้）等产生火焰分解其碳-氢化合物获 得游历碳原子，为合成碳纳米管提供碳源；然 后将基板材料做适当处理，基板上的棕褐色物 质就是碳纳米管。 优点有：合成过程无需真空、保护气氛；无需 催化剂；可以在大的表面上合成，特别适合于 在一个平面上形成一层均匀的碳纳米管或碳纳 米纤维薄膜；成本较低，对环境的污染也非常 小。可以实现大批量合成。
3）激光蒸发法. 这种方法是制备单壁纳米碳管的一种有效 方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺 有Fe、Co、Ni或其他合金的碳靶制备单壁纳 米碳管。用这种CO2激光蒸发法，在室温下 就可以得到单壁碳纳米管。
缺点： 单壁碳纳米管的纯度较低、易粘 结。
5.碳纳米管的独特性质
1)力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍 ,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一 个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比 方面，这种纤维是最理想的。
1.碳纳米管的发现 碳纳米管是在1991年1月由日本筑波 NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用 高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳 纤维中发现的。
2.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 间以碳-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。
3) 碳纳米管复合材料
基于纳米碳管的优良力学性能可将其作 为结构复合材料的增强剂。研究表明， 环氧树脂和纳米碳管之间可形成数百 MPa的界面强度。 除做结构复合材料的增强剂外，纳米碳 管还可做为功能增强剂填充到聚合物中， 提高其导电性、散热能力等
4) 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的主要原因有两点: 一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因 此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多, 这就大大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到 的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的作用; 另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4 个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得 多,这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大 降低,因此很难发现被探测目标,起到了隐身作用。由于发 射到该材料表面的电磁波被吸收,不产生反射,因此而达到 隐形效果。
5) 催化剂载体 纳米材料比表面积大,表面原子比率 大(约占总原子数的50%),使体系的电子 结构和晶体结构明显改变,表现出特殊 的电子效应和表面效应。如气体通过碳 纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗 粒 的上千倍,担载催化剂后极大提高催 化剂的活性和选择性。
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3.碳纳米管的分类
1)按形态分
普通封口型
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
2)按手性分
扶手椅型
锯齿型
3) 按照石墨烯片的层数分
单壁碳纳米管：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)。 多壁碳纳米管： 含有多层石墨烯片。形状象个 同轴电缆
4) 储氢性能 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%。 DeLuchi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。 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。
2) 锂离子电池 碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的 层间距0.335nm,这有利于Li+的嵌入与迁出,它 特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两 方面嵌入,又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石 墨层剥离而造成负极材料的损坏。碳纳米管掺 杂石墨时可提高石墨负极的导电性,消除极化。 在锂离子电池中加入碳纳米管,也可有 效提高电池的储氢能力,从而大大提高锂离子电 池的性能。
6.碳纳米管的应用前景
1) 超级电容器 碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电 性好，微孔大小可通过合成工艺加以控 制，是一种理想的电双层电容器电极材 料。由于碳纳米管具有开放的多孔结构， 并能在与电解质的交界面形成双电层， 从而聚集大量电荷，功率密度可达 8000W/kg。碳纳米管超级电容器是已知 的最大容量的电容器。