碳纳米管及其应用

２ ． １ 电弧放 电法
电弧放 电法是 最早 应用 ， 也 是最 主要 的制 备方 法 ， 目前 主
Ｔ ｕ ｂ ｅ ） ， 是由碳六 元环构成的纳米 中空 管 ， 属 富勒碳 系。其 直径
一
般在 １ — ３ ０ ｎ ｍ左 右 ， 长度可达数微米 Ｊ 。Ｃ Ｎ Ｔ中的碳原子通
要用 于制备 Ｓ ＷＮ Ｔ 。电弧放 电蒸 发 消耗 阳极石 墨 的 同时 ， Ｃ Ｎ Ｔ
２ Ｃ Ｎ Ｔ的制备 方法
Ｃ Ｎ Ｔ制备方 法主 要有 电弧 放 电法 （ ａ ｒ ｃ ｄ ｉ ｓ ｃ ｈ ｒｇ ａ ｅ ） 、 激 光
烧灼 （ 蒸发 ） 法（ １ ａ ｓ ｅ ｒ ａ ｂ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 、 化学气相沉积法 （ Ｃ Ｖ Ｄ） 、 碳氢
化合物催 化 分 解 （ ｃ ａ ｔ ａ ｌ ｙ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｓ ） 。 。
第１ 期
王浩然 ： 碳纳米 管及其应用
・５ ９・
碳 纳 米 管及 其应 用
王 浩 然
（ 山东师范大学 化学化工与材料科学学 院 ， 山东 济南 ２ ５ ０ ０ １ ４ ）
摘要： 本文简要综述 了碳纳米管的结构、 制备、 纯化与功能化方法 ， 列举 了碳 纳米管 在人类生 活中的广 泛应用 。最后 简要分析 了碳纳米
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ； ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
１ ９ ９ １年 ， 饭 岛 钝雄 （ Ｓ ｕ ｍ ｉ ｏ Ｌ ｉ ｊ ｉ ｍ ａ ） ｌ ｊ 在 高 分 辨 透 射 电 境 （ Ｈ Ｒ Ｔ Ｅ Ｍ） 下 发现 由许 多柱状碳 管 同轴套构 而成 的多壁碳 纳米 管（ Ｍｕ ｌ ｔ ｉ ｐ ｌ ｅ Ｗａ ｌ ｌ Ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ Ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ， ＭＷＮ Ｔ ｓ ） 。其层数在 ２～ ５ ０ 层 左右 ， 层间距离 约为 ０ ． ３ ４ ｎ ｍ， 与 石 墨 中碳 原 子层 间距 离 近
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｂ ｉ ｒ ｅ ｌ ｆ ｙ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｌｉ ａ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｒｂ ａ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ．Ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｗ ａ ｓ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ，ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｉ ｔ ｓ ｗｉ ｄ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｈ ｕ ｍａ ｎ ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ ．
一
பைடு நூலகம்
等。各种 方法均由小型碳组分出发刺激 Ｃ Ｎ Ｔ生长 ， 其 区别在于
碳组分的产生方法 不 同。最 有代 表性 的方 法是 电弧 放 电法 和 化学气相沉积法。
维空 间 ， 极大地丰富 了人类对物质结构的认识 。 碳纳 米管 （ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ，Ｃ Ｎ Ｔ） 又 称 巴基 管 （ Ｂ ｕ ｃ ｋ ｙ
在 阴极石 墨上 沉积 。电弧法简 单快 速 ， Ｃ Ｎ Ｔ结 晶度 高 ， 但 产 量 低， 产品易烧结成束 ， 非 晶碳 杂质 多。
过ｓ ｐ ２ 杂化与周围３ 个碳原子键合成六角形网格结构， 其弯曲
部位还有一些五边形 和七边形 碳环 。由于张力 和曲率均 较大 ， 两端 的五边形碳环均 向外 凸出形成封 口， 增加了 Ｃ Ｎ Ｔ的活动能
２ ． ２ 化学 气相沉 积法 （ ｃ ｖ Ｄ）
通过烃类 或碳 氧化 物（ 如Ｃ Ｏ） 的催化裂解制备 Ｃ Ｎ Ｔ的方 法 称为 Ｃ Ｖ Ｄ， 又名催 化裂解 法 ， 目前 主要用 于制备 ＭＷＮ Ｔ 。催化
剂主要是过渡金属 ， 其 催化 活性 与金属 种类 、 分 散和 负载 状态
力； 七元环张力较小 ， 常向内凹入。Ｃ Ｎ Ｔ中碳原子以 ｓ ｐ ２ 杂化为 主， 也有一定的 ｓ ｐ ３ 杂化 。Ｃ Ｎ Ｔ 直径越小 ， ｓ 杂化的比例也
管 的发展方 向。
关键词 ： 碳纳米管 ； 应用 ； 制备 ； 功能化
中图分类号 ： Ｔ Ｑ１ ２ ７ ． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ７ ） Ｏ １— ０ ０ ５ ９—０ ３
Ｃａ ｒ ｂ ｏ ｎ Ｎａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂｅ ａ ｎｄ Ｉ ｔ ｓ Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｓ
似； １ ９ ９ ３年 ， 饭岛 发现单 壁碳 纳米管 （ Ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ Ｗａ ｌ ｌ Ｃ ｒ ａ ｂ ｏ ｎ Ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ ， Ｓ ＷＮ Ｔ ｓ ） 。研究证 明 Ｊ ， 碳 纳 米 管在 管 轴 方 向具有
周期性 ， 是理想的一维 晶体 。它 的出现标志着 碳材料 已扩展 至
Ｗａ ｎ ｇ Ｈａ ｏ ｒ ａ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ， Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｎ ｏ ｒ ｍ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｊ ｉ ｎ ａ ｎ ２ ５ ０ ０ １ ４， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）