碳纳米管(1)学习资料.ppt

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1、碳纳米管(1)碳的四种同素异形体diamondgraphitefullerenenanotube富勒烯(C60)1985年英国Sussex大学化学家Kroto和美国Rice大学化学物理学家Smalley及Curl等人发表文章，宣布笼形分子C60的发现。Smalley和Kroto等分析认为C60分子是个足球的样子，由12个五元环和20个六元环组成的球状分子，其60个顶点由碳原子占据。为了纪念美国建筑师BuckminsterFuller设计圆穹屋顶，感谢他在为解开C60分子结构之谜提供的帮助，他们决定命名C60为BuckminsterFullerene简称fullerene,俗称Bu

2、ckyballs。但此后几年，由于不能制备出足够多的C60，通过实验来确定C60存在的问题还没有解决。1990年，德国科学家Huffman和Kratshmer通过在氦气中使石墨电弧放电蒸发制备出了足够多的C60从而证实了C60分子的存在。1996年，英国人Kroto、美国人Smalley和Kurl因此荣获了诺贝尔化学奖。C60的结构C60属于碳簇（CarbonCluster）分子，由20个正六边形和12个正五边形组成的球状32面体，直径0.71nm，其60个顶角各有一个碳原子。C60分子中碳原子价都是饱和的，每个碳原子与相邻的3个碳原子形成两个单键和一个双键。五边形的边为单键，键

3、长为0.1455nm，而六边形所共有的边为双键，健长为0.1391nm。整个球状分子就是一个三维的大π键，其反应活性相当高。C60分子对称性很高。每个顶点存在5次对称轴。除了C60外，还有C50、C70、C84、直至C960等，其中C70有25个六边形，为椭球状。从碳60到碳纳米管（CNT）C60分子被看作是碳材料的零维形式碳纳米管是碳材料的一维形式C60及富勒烯化合物1985年英国Sussex大学的Kroto教授和美国Slice大学的Smalley教授发现碳纳米管（CNTs）1991年，日本科学家饭岛（Iijima）发现，在《Nature》发表文章公布了他的发现成果，这是碳的又

4、一同素异型体。碳纳米管的发现1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima（饭岛澄男）发现了多壁碳纳米管（MultiWalledCarbonNanotubes，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为“Graphitetubular”。1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-WalledCarbonNanotubes，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。多层碳纳米管的图例双层碳纳米管多层碳纳米管碳纳米管结构简介由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成

5、。根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳纳米管；单壁碳纳米管（Single-wallednanotubes,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(Fullerenestubes多壁碳纳米管（Multi-wallednanotubes,MWNTs）：含有多层石墨烯片。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2～30nm和0.1～50μm。碳纳米管结构形态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碳

6、纳米管的分类(n,n)(n,0)Armchair(n,n)Zig-Zag(n,0)Chiral(n,m)nm根据碳纳米管中碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将其分为扶手椅型，锯齿型和螺旋型三种(如图所示)。二维石墨片层按不同方向卷曲形成的不同结构的碳纳米管单层碳纳米管的图例Armchair(n,n)Zig-Zag(n,0)Chiral(n,m)nmSWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽，是由适当数目和位置的五边形和六边形构成碳纳米管的制备传统的制备方法:直流电弧放电法更多制备方法:有机气体的催化热解法(CVD)、激光蒸发石墨法、有机气体等离子体喷射法、准自由条件生长法

7、、凝聚相电解生成法燃烧火焰法制备方法特点:通过各种外加能量，将碳源离解原子或离于形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。电弧放电法（ArcDischargeMethods）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。电弧法多采用直流电弧，电弧放电条件一般为：电极电压20～30V；电流50～150A；气体压力10～80kPa。产率50％。Iijima