碳纳米管简介.ppt

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1、碳纳米管及其应用碳纳米管的发现碳纳米管的结构碳纳米管结构的表征碳纳米管的生产方法独特性质应用前景主要内容一、碳纳米管的发现碳纳米管（CNTs）1991年，日本科学家饭岛（Iijima）发现，在《Nature》发表文章《Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon》公布了他的发现成果，这是碳的又一同素异型体。二、碳纳米管的结构1、按形态分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2、按手性分非手性achiral手性chiral碳纳米管锯齿型zigzag扶椅型armchai其他二、碳纳米管的结构3

2、、按照石墨烯片的层数分单壁碳纳米管SWNTs碳纳米管多壁碳纳米管MWNTs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)。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。二、碳纳米管的结构三、碳纳米管结构的表征扫描隧道显微镜X射线衍射孔结构及比表面积电子衍射拉曼光谱四、碳纳米管的生产方法石墨电弧法化学气相沉积法（CVD）激光蒸汽

3、法燃烧火焰法四、碳纳米管的生产方法基本原理：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。理想的工艺条件：氦气为载气，气压60—50Pa，电流60A～100A，电压19V～25V，电极间距1mm～4mm，产率50％。Iijima等生产出了半径约1nm的单层碳管。1、石墨电弧法四、碳纳米管的生产方法化学气相沉积法又名催化裂解法，其原理是通过烃类(如甲烷、乙烯、烯和苯等)或含碳氧化物(如CO)在催化剂的催化下裂解而成

4、。化学气相沉积法主要用于多壁碳纳米管的制备,适合于多壁碳纳米管的批量化加工。化学气相沉积法的特点是操作简单,工艺参数更易控制、易于进行大规模生产,且产率高。目前，此法具备了工业化的条件。2、化学气相沉积法由于其制备的碳纳米管层数多,弯曲,含有许多杂质,需要进一步纯化,且碳纳米管缠绕成微米级大团,还需要进一步进行分散处理。四、碳纳米管的生产方法利用激光束照射至含有金属的石墨靶上，将其蒸发，同时结合一定的反应气体，在基底和反应腔壁上沉积出碳纳米管。激光蒸汽法合成的单壁纳米碳管纯度高，但所用设备比较昂贵，合成单壁纳米碳管的量极其有限且容易缠结，

5、因而难以推广。3、激光蒸汽法四、碳纳米管的生产方法4、燃烧火焰法利用液体（乙醇、甲醇等）、气体（乙炔、乙烯、甲烷等）和固体（煤炭、木炭）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，最后将基板的一面向下，面向火焰放入火焰中，燃烧一段时间后取出。基板上的棕褐（黑）色既是碳纳米管或碳纳米纤维。产生碳纳米管或碳纳米纤维的过程主要决定于基板的性质。基板的选择和处理、燃料的选择等是本方法的关键技术。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

6、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。五、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。五、碳纳米管的独特性质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。五

7、、碳纳米管的独特性质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。纳米管的横向尺寸比多数在室温至150℃电介质的品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，同时降低了导热性能。适当排列碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导材料。五、碳纳米管的独特性质4、储氢性能碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0.335nm)略大的层间距(0.343nm)，是否具有更加优良的储氢性能，也成为

8、科学家们关注的焦点。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31