对碳纳米管的初步认识.docx

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1、对碳纳米管的初步熟悉摘要：碳纳米管是由石墨层卷曲而成的中空管道，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，随着直径的不同，碳纳米管可表现出金属性，半金属性和半导体性，这种性质使得了碳纳米管在半导体等领域具有广泛应用。目前，化学气相沉积法是可控生长碳纳米管的主要方法，由于其反应中包含简单的气相反应和固相反应，所以化学气相沉积法生长碳纳米管的机理及参数最优化是人们争论的要点。现在的碳纳米管主要用于制备高压抗冲击材料和抱负的氢气储备材料等。关键词：碳纳米管、特性、制备方法、应用碳纳米管又被称作巴基管，可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管，其中，多壁碳纳米管在开头形成的时候，层与层之间很简洁成为陷阱中心而捕获各种

2、缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的匀称全都性。由于个人学问不足，及单壁碳纳米管的典型性，因此将围绕单壁碳纳米管进行争论。特性：单壁管典型直径在0.6-2nm,最粗可达数百纳米，但典型管径为2-10Onm。熔点高，也许能打到3550摄氏度，硬度较大，相当于等体积钢铁的一百倍，而质量只相当于其1/6到1/7之间，因此，碳纳米管又被称作“超级纤维”。碳纳米管的碳原子杂化方式和石墨类似，实行sp2和sp3杂化类型，单壁弯曲卷折成无缝、中空的管状体，一般由六边形所构成，同时还有一些五边形和七边形对称存在于碳纳米管的弯曲部位。类似于石

3、墨，碳纳米管既表现出自身独特的性质，还有类似于金属的导电性和导热性。关于碳纳米管的导电性，由于电子能带结构比较特别，电子在碳纳米管径向运动受到限制，而在轴向可自由运动，表现出典型的量子限制效应。并且由于其直径不同，导电性也有差别，从而表现出导体和半导体的特点。当碳纳米管用作电线时，传导的电流可以比性质优异的硅芯片小一百倍。导电性优于铜，储电量是铜导线的一千倍。关于其导热性，碳纳米管具有很好的热稳定性，沿着其长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。此外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合

4、材料的热导率将会可能得到很大的改善。此外，在力学性能上，由于碳碳键是自然界已知的强化学键之一，并且碳纳米管的结构是比较完整的石墨烯网络，抱负的单壁碳纳米管的强度可以达到LOTPa以上，是高强度的材料。由于其有独特的一维结构，（即中空的管状单壁结构）可以为电子供应有效的通道，因此，在光电化学争论中发觉，在肯定强度的光束照射条件下，碳纳米管壁表面的电子可以发生电离，并且能够在中空的管道中做相对定向的移动。制备方法：1、石墨电弧法石墨电弧法又被称作直流电弧法，最初被用于富勒烯（C60、C70等）的制备，也是制备碳纳米管最初的方法。也许过程为：在真空反应室中布满肯定压力的惰性气体或氢气，以较粗大的石墨

5、棒为阴极，较细的石墨棒为阳极。通电之后，两电极之间总保持着Imm左右的间隙，掺杂少量的金属催化剂（如：银，铁等）在电弧放电时阴极的石墨不断被消耗，同时在阳极沉积出碳纳米管（类似于在非活泼金属便面镀上活泼金属）。优点：生产速度快，工艺简洁，生成的管道较直，而且结晶度较高。缺点：电弧温度高（可达3000-3700摄氏度，超过了碳纳米管的温度）这样就会使管道烧结成束，同时，由于催化剂的存在，管道中含有杂质。同时，由于阴极被不断消耗，这就要求不断更换石墨棒，对制备有较大的影响。此类方法多用于制作单壁碳纳米管。2、化学气相沉积法又被称作催化裂解法，原理是通过烧类物质（如：甲烷、乙烯、丙烯和苯等）或是含碳

6、氧化物在催化剂的催化下高温裂解而成。其中，催化剂多使用过渡金属元素（如I：FeNi.C。、CU等），碳源主要选用乙焕、甲烷、乙烯、丙烯，由于不同的碳源气体活性不同（不饱和点比饱和烧的气体活性大），因此得到的碳纳米管结构和特性也不同。不同的炫所需要的裂解温度也不同，这也就打算了裂解温度是影响碳纳米管产量和形貌的最大工艺参数。以铁为催化剂，单载在Sio2上，将乙焕在700摄氏度的条件下裂解可以得到较好的效果。若以多空Sio2为载体，用四乙氧硅烷溶解硝酸铁，浸在Sio2上，然后在H2N2氮中在550摄氏度下进行还原处理，得到的碳纳米管与Sio2孔的直径基本相同（即直径较小）优点：操作简洁，工艺参数更

7、易掌握，易于大规模生产，并且产量较高。缺点：由于层数较多，产生弯曲，含有很多杂质，发生缠绕形成微米级团状物，需要进一步分散处理。此类方法多用于制造多壁碳纳米管。3、低温固态热解法此类方法通过制备中间体来制备碳纳米管首先，先制备亚稳定状态的纳米级氮化碳硅，（Si-C-N,一类陶瓷中间体）然后将此中间体放在氮化硼珀烟中，在石墨电阻炉中加热分解，同时通入氮气作为爱护性气体，大约加热一小时左右，纳米中间体粉末开头热解，碳原子向表面迁移。表层热解产物中可以获得高比例的碳纳米管和高硅氮化硅粉末。优点：可实现重复生产，原料易得，要求的条件较低。缺点：杂质含量较大并且难以剔除。4、其他方法此外，还有热解聚合物

8、法、离子辐射法、电解法等多种方法。应用1作为存储材料由于碳纳米管的中空结构和较高的硬度，因此常常被作为存储材料。例如，被认为是将来能源的氢气，由于其密度较小，熔点沸点都比较低，无论是压缩成液体或者是固体都比较困难。但是采用碳纳米管的中空结构和微小的直径，则可以进行氢气的储备和运输，在提取氢气时，采用碳纳米管的高熔点和氢气的低沸点，只需要进行略微加热即可使氢气逸出。目前，将氢气存入碳纳米管正成为制备抱负的便捷携氢材料的主要方法。但是，由于成本较高，氢气在长距离运输过程中也会过早逸出，而将碳纳米管末端烧结成束效果也不抱负，因此，储氢材料依旧处于试验阶段。除此之外，在碳纳米管内部填充金属、氧化物等物

9、质，可以制备抱负的模具，方法与制造较大型模具时基本相同，将金属或者氧化物的溶液倒入碳纳米管中，等到冷却后，腐蚀掉碳层，就可以得到内部的金属和氧化物质。这样，可以制作出纳米级的导线，或者是全新的一维材料。将一维材料运用到硅芯片上，可以制造出更加简单精确的电路。但是，如何将溶液注入碳纳米管，需要较高的技术和较大的成本，这种方法依旧没有得到推广。2、合成复合材料将碳纳米管与塑胶等整合，可以增加塑胶的硬度和柔韧性。使用水泥做基体的碳纳米管抗压抗冲击力量极大增加，并且不易对环境造成影响。由于碳纳米管上存在五元环的缺陷，增加了反应活性，在高温柔其他物质存在的条件下，碳纳米管简洁在端面处打开，形成一个管子，

10、极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、反抗热变性能强。在光复合材料和半导体复合材料和其他应用中，碳纳米管正在逐步受到重视。3、其他方面在科学争论方面，碳纳米管还给物理学家供应了争论毛细现象机理最细的毛细管，给化学家供应了进行纳米化学反应最细的试管。碳纳米管上微小的微粒可以引起碳纳米管在电流中的摇摆频率发生变化，采用这一点，1999年，巴西和美国科学家创造了精度在10-17mg精度的“纳米秤”，能够称量单个病毒的质量。随后德国科学家研制出能称量单个原子的“纳米秤”。参考文献1陈曦.碳纳米管及其复合材料的力学特性D.上海交通高校,2022.2颜浩

11、然.石墨烯与碳纳米管的物理特性比较争论D.江南高校,2022.3孙晓刚,曾效舒,程国安.碳纳米管的特性及应用J.中国粉体技术,2001,06:29-33.4张春山,邵曼君.碳纳米管及其争论进展J化工新型材料,2004,07:1-5.刘华,李春艳,陈建超,杨晓峰.碳纳米管及其应用进展J.广州化工,2022,04:20-21+72.聂海瑜.碳纳米管的制备J.塑料工业,2004,10:11-14.7孙晓刚,曾效舒,程国安.碳纳米管的特性及应用J.中国粉体技术,2001,06:29-33.网朱长纯,袁寿财,李玉魁.碳纳米管及其应用J.微纳电子技术,2002,08:1-6+25.9刘华,李春艳,陈建超,杨晓峰.碳纳米管及其应用进展J.广州化工,2022,04:20-21+72.