3頁引言納米材料是納米技術(shù)的根底，而碳納米管又可稱為納米材料之王。碳納米材的覺察是碳團簇領(lǐng)域的又一重大科研成果，本文探討了碳納米管的構(gòu)造、特性、活化方法，評述了這種納米尺寸的型碳材料在電化學(xué)器件、氫氣存儲、場放射展望了碳納米管的介入對全球性物理、化學(xué)及材料等學(xué)科界所帶來的驚奇前景。1991NEC(Iijima)在由管狀的同軸納米管組成的碳分子,這就是現(xiàn)在被稱作的“Carbonnanotube”，氫容器。據(jù)推想，單壁碳納米管的儲氫量可達(dá)10%〔質(zhì)量比。此外，碳納米管還可以用來儲存甲烷等其他氣體。利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增加的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強。碳納米管還給物理學(xué)家供給了爭論毛細(xì)現(xiàn)象機理最細(xì)的毛細(xì)管，給化學(xué)家供給了進展納米化學(xué)反響最細(xì)的試管。碳納米管上微小的微?？梢砸鹛技{米管在電流中的搖擺頻率發(fā)生變化，利用這一點， 美國科學(xué)家制造了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個病毒的質(zhì)量。隨后德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子的“納米秤”。由于碳納米管具有獨特的金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電特性、格外好的力學(xué)性能、極高被覺察之后馬上受到物理、化學(xué)和材料科學(xué)界以及高技術(shù)產(chǎn)業(yè)部門的極大重益和社會效益。在電子信息技術(shù)高度集成化、納米化浪潮的推動下,現(xiàn)代高技術(shù)領(lǐng)域?qū){米功能器件的需求將越來越迫切,為作為該器件根底的碳納米管等納米材料蔽材料、化學(xué)傳感器和場放射平面顯示器等方面取得較大的突破。碳納米管今后的進展方向是:由于CVD法具有生長溫度低、產(chǎn)量高、生產(chǎn)本錢較低、可生長具有方向全都性的碳納米管陣列等優(yōu)點,故該方法將成為碳納米管制備技術(shù)的主流,應(yīng)作為制備技術(shù)進展的重點。探究各種制備碳納米管的物理、化學(xué)方法,從而獲得高純度、高比外表積和長度、螺旋角等可控的碳納米管,以拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。目前該材料的比外表15m2/g～400m2/g(2630m2/g),提高管的比外表0.5美元/9060美元/克。降價必需考慮到催化工程與反響工程及納米材料處理技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)管陣列的大面積合成并提高管的生長速度。在碳納米管的制備工藝中,今后的爭論重點是:原子尺寸上碳原子自組裝過程構(gòu)造把握、分子尺度上烴類裂解、納米催化劑設(shè)計與型催化劑的開發(fā)、低溫合成工藝。長過程。碳納米管的構(gòu)造與分類碳納米管的微觀構(gòu)造多壁中空與螺旋特性４nm,并不全部一樣。其管內(nèi)部與巴基球的籠形構(gòu)造一樣為中空構(gòu)造。單層構(gòu)造化學(xué)氣象沉淀法制備出來的碳納米管外表常伴有缺陷和雜質(zhì)。六邊形碳環(huán)構(gòu)造與多邊形管狀特性離不一樣，左側(cè)為0.34nm，右側(cè)為0.40nm,有的甚至更大?？梢哉J(rèn)為碳納米管的管身局部是準(zhǔn)圓管構(gòu)造，并且大多數(shù)由五邊形截面所組成。Liu納米管的過程中產(chǎn)生了負(fù)曲率，形成了一種生長缺陷。多邊形端帽特征由于管身局部具有多變形特征，因此端帽局部也必定呈現(xiàn)相應(yīng)的多邊形特邊錐形構(gòu)造。巴基蔥構(gòu)造1:1〕來處理。事實上不難覺察，巴基蔥或巴基套球仍呈現(xiàn)多壁空心的多邊形特征，與碳納米管一樣。碳納米管的分類按形態(tài)分類LTY2.2.2.按層數(shù)分類抱負(fù)的碳納米管〔CNT〕是由碳原子形成的石墨片層卷成的無縫、中空的管體，可包含一層到上百層石墨層。只有一層石墨片層的稱為單壁碳納米管(Single-walledcarbonnanotube，SWNTorSWCNT)，含有一層以上石墨片層carbonnanotube，MWNTorMWCNT〔圖1〕圖1石墨片層從151－6nm，SWCNT0.33報道[3]。一般認(rèn)為，SWCNT6nmSWCNT間距約為0.34納米，外徑在幾個納米到幾百納米，而已覺察的最小內(nèi)徑為MWCNTSWCNT100～1000，1000～10000，是格外好的準(zhǔn)一維納米材料。2.2.3 按手性分類依據(jù)構(gòu)成碳納米管的石墨層片的螺旋性，可以將單壁碳納米管分為非手性〔對稱〕和手性〔不對稱。非手性管是指其鏡像同它本身全都，其截面碳同自身重合。碳納米管的物理化學(xué)性質(zhì)電磁性能納米管具有一些特別的電學(xué)性質(zhì)。碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能，由于碳納米管的構(gòu)造與石墨的片層構(gòu)造一樣角。當(dāng)CNTs6nm6nm，CNTsHuang著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。常用矢量ChCh=na1+ma2(n,m)。a1a2(n,m)與碳納米管的導(dǎo)電性能親熱相關(guān)。對于一個給定(n,m)的納米管，假設(shè)有2n+m=3〔q是良好的導(dǎo)體，否則表現(xiàn)為半導(dǎo)體。對于n=m1力學(xué)性能4頁5頁SP3，SP2S分比較大，使碳納米管具有高模量、高強度。CNTs50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規(guī)石墨纖維高一個數(shù)量級；它的彈性模量可1TPa，5壁的碳納米管，其抗拉強度約800GPa。碳納米管的構(gòu)造雖然與高分子材料的構(gòu)造極大的改善。比。目前材料工程師期望得到的長徑比至少是20:1，而碳納米管的長徑比一般2023101001/61/7莫斯科大學(xué)的爭論人員曾將碳納米管置于1011Pa的水壓下(相當(dāng)于水下18000米深的壓強)，由于巨大的壓力，碳納米管被壓扁。撤去壓力后，碳納米管制造輕薄的彈簧，用在汽車、火車上作為減震裝置，能夠大大減輕重量。此外，碳納米管的熔點是目前材料中最高的。熱學(xué)性能比熱容和熱導(dǎo)率是衡量碳納米管熱學(xué)性能的兩個指標(biāo)。比熱容一根金屬性單壁碳納米管，聲子是打算比熱容的主導(dǎo)因素。一根半導(dǎo)體碳納0K點比熱容將顯著增加。C方向都產(chǎn)生離散。對直徑為1.4nm納米管的一個無限六邊形點陣的聲學(xué)聲子模式計算結(jié)果和試驗結(jié)果說明，聲子為顯著降低溫度時的比熱容。間入口，層間耦合將遠(yuǎn)低于石墨，特別是對于扭曲和LA1K碳納米管的制備制備概述化裂解法等方法。催化裂解法又包括原位催化分解法固體酸催化裂解法固相裂解法沸騰床催化裂解法微孔模板法。這些方法分別在不同的試驗條件下可MWNTSWNT。電弧放電法電弧放電設(shè)備主要由電源石墨電極真空系統(tǒng) 和冷卻系統(tǒng)組成如圖為一電弧放電制備碳納米管設(shè)備簡圖為了有效的合成碳納米管，需要在陰極中參入催化劑，有時還配以激光蒸發(fā)。在電弧放電過程中，反響室內(nèi)溫度可高達(dá)2700~3700℃，生成碳納米管高度石墨化，接近或到達(dá)理論預(yù)期的性能。但電弧碳納米管空間取向不定易燒結(jié)，且雜質(zhì)含量較高。Takizawa等人用含金屬催化劑的碳棒通過電弧放電制備單臂碳納米管，覺察用鎳-鐿〔質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.16%〕作催化劑，600℃時產(chǎn)率最高可達(dá)70%以上，室溫下產(chǎn)率也到達(dá)30%~40%。同樣的條件下，在Ar氣氛中比He氣氛中得到的碳納米管多，納米碳當(dāng)稀釋氣中混有雜分子時，如CF4

F，H2

O2

HO2米管C70

和C的相對60這可由大量縱向的燒結(jié)碳納米管束的存在來解釋。陰極外表存在一個降壓鞘層，子時碳納米管沿長度方向生長和碳納米顆粒生長的碳源。連續(xù)均勻和穩(wěn)定的等〔或陽極〕能較好的改善放電條件，可連續(xù)穩(wěn)定的大規(guī)模制備碳納米管。催化裂解法催化裂解法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種制備碳納米管的方法。該方法主要納米管的含備和工藝都米管的爭論主要集中在以下兩個方面。其一是大規(guī)模制備無序的非定向的碳納米管；另一方面是制備離散分布定向排列的碳納米管列陣。一般選用Fe、Co、Ni及其藻土、氧化鋁及氧化鎂等作載體，乙炔丙烯和甲烷等作為碳源，氫氣、 氮氣、氦氣、氬氣或氨氣作稀釋氣，在530~1130℃范圍內(nèi)，碳?xì)浠衔锪呀猱a(chǎn)生的自由碳離子在催化劑作用下課生成單壁或多壁碳納米管。1993年Yacaman等人承受此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳納米管，后來分別承受乙烯聚乙烯丙烯和甲烷等作為碳源，也都取得了成功。有關(guān)碳納米管列陣的爭論也是當(dāng)前國內(nèi)外的一個熱點。制Ti和Ni〔CVD〕或離子濺射法，展比較快。承受陽極氧化法制備多孔氧化鋁〔AAO〕AAO7頁AAO600℃下裂解乙炔可制得定向排列離散分布而且格外純潔的碳納米管列陣。解思深等人用經(jīng)改進后的分布有Fe/SiO2

碳納米管的生長速率約為30~40um/h,可制備出長達(dá)2~3mm的超長碳納米管列陣。在該方法中碳納米管的生長方向由襯底中微孔的取始終打算。激光蒸發(fā)法激光蒸發(fā)法是制備單壁碳納米管的一種有效方法。用高能CO2

激光或Nd/YAGFeCo、Ni或其合金的碳靶制備單壁碳納米管和單壁碳納米管束，管徑可由激光脈沖來把握。Iijima等覺察激光脈沖間隔時間越短，得到的CO激光蒸發(fā)法，在室溫下課獲得單壁碳納米管，假設(shè)承受快速成像技術(shù)和放射光2〔燒蝕〕法的主要缺點是單壁碳納米管的純度較低易纏結(jié)?；瘜W(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法主要用于多壁碳納米管的合成。其根本原理為含有碳源的或蒸氣〕流經(jīng)催化劑外表時分解，生成碳納米管。典型的化學(xué)氣相沉積裝置如以下圖。常用的碳源氣體有CH

\石墨顆66、 22 24700℃時分解9%乙炔／氮氣制得碳納米管。Amelincks等承受Co為催化劑，乙烯為碳源得到螺旋狀的碳納米管，中國科學(xué)院物理所用化學(xué)氣相沉積法大批量合成了排列整齊的碳納米管，而且端口是翻開的。化學(xué)沉積法制得的碳納米管粗產(chǎn)品中管狀構(gòu)造的產(chǎn)物比例不高，管徑不整了條件。制備法、超臨界流體技術(shù)、水中電弧法和氣相反響法等。8頁第第16頁碳納米管的提純CNTsFullerenes、石墨微粒、無定CNTs。碳管的提純主要有兩個過程：㈠、催化劑的去除由于催化劑一般都是過渡金屬或者鑭系金屬的氧化物，而載體一般都是AlOMgOCNTs23后經(jīng)過過濾、枯燥等步驟，去除催化劑。㈡、石墨微粒、無定形碳和其它形式的碳納米顆粒的去除去除各種碳納米顆粒的方法是承受適宜的氧化劑將附著在管壁四周的碳納米顆粒氧化除掉，從而只剩下CNTs。其機理是利用氧化劑對CNTsCNTsCNTs的封口被破壞后，由六元環(huán)組成的管壁被氧化SWCNTsMWCNTs氧化過程中也氧化的比較厲害。碳納米管的應(yīng)用爭論由于碳納米管具有優(yōu)良的電學(xué)和力學(xué)性能，被認(rèn)為是復(fù)合材料的抱負(fù)添加在1991年日本NEC公司根底爭論試驗室的電子顯微鏡專家飯島(Iijima)在由管狀的同軸納米管組成的碳分子,這就是現(xiàn)在被稱作的“Carbonnanotube”，氫容器。據(jù)推想，單壁碳納米管的儲氫量可達(dá)10%〔質(zhì)量比。此外，碳納米管還可以用來儲存甲烷等其他氣體。利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復(fù)合材料。例如用碳納米管材料增加的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導(dǎo)電性好、耐腐蝕、屏蔽無線電波。使用水泥做基體的碳納米管復(fù)合材料耐沖擊性好、度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數(shù)小、抵抗熱變性能強。碳納米管還給物理學(xué)家供給了爭論毛細(xì)現(xiàn)象機理最細(xì)的毛細(xì)管，給化學(xué)家供給了進展納米化學(xué)反響最細(xì)的試管。碳納米管上微小的微粒可以引起碳納米管在電流中的搖擺頻率發(fā)生變化，利用這一點， 美國科學(xué)家制造了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱量單個病毒的質(zhì)量。隨后德國科學(xué)家研制出能稱量單個原子的“納米秤”。碳納米管可作為復(fù)合材料3%~5%加載量即可獲得消退靜點積存的效果。試驗15%8%不銹鋼絲的導(dǎo)電效果。噴涂技術(shù)的進展方向。0.1-0.2%10200nm2%3.51%1%的多壁碳納米管添加量，使聚苯乙烯的彈性模量和斷裂應(yīng)力分別提高42%和25%。此外，碳納米管聚合物37】的爭論也取得重要進展，碳納米管可作為電化學(xué)器件電化學(xué)領(lǐng)域所需的抱負(fù)材料，是用做制造電化學(xué)雙層電容器【4344】超級電容器電容量從微法拉級上升到法拉級。碳納米管電容量可到每克15~200法拉。目前數(shù)千法拉的電容器已被生產(chǎn)。單壁碳納電容量比多壁碳納米管單位電容量更180/克，多壁碳納米管電容量一般為10220kW/kg7W?h/kg。大電流，為汽車迅間加速供給能量，并在頻繁啟動狀況下，消退大電流對蓄電池的沖擊，提高蓄電池壽命。同時也可用于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定電壓。小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)能量存儲。碳納米管還可用于制造機電制動器機電制動器在機器人領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。碳納米管機電制動器比照目100V350穩(wěn)定性得到進一步改進工作溫度可上生到1000度。1%。假設(shè)碳納米管機電制動器的碳納米26MPa氫氣存儲氫能量蘊含值高，不污染環(huán)境，資源豐富，被認(rèn)為是將來抱負(fù)的能源，但由于氫氣存儲困難，其使用受到了很大限制。目前氫氣存儲方法主要有金屬氫化物、液化、高壓儲氫及有機氫化物儲氫等，它們各自雖有確定優(yōu)勢，但均存在一些弊端。如：金屬氫化物不但昂貴而且很重；高壓儲氫安全性受到影響。碳納米6.5w/%65kg/m3，500〔手機、電腦等〕家庭電源、分散電站、水下機器人、航天器、空間站、潛艇〔不依靠空氣推動〕等領(lǐng)域有寬闊用途。場放射裝置FED`X碳納米管平板顯示器是最有迷人應(yīng)用潛力和商業(yè)價值的領(lǐng)域之一,眾多大公司正在加緊爭論中,目前已制造出最大尺寸為40英寸的樣機.其中5英寸彩色樣機相240320,32480720.命超過8000h,環(huán)境友好可替代水銀熒光燈并可用于大型體育場的顯示牌.4~2030%.假設(shè)將場放射平板顯示器的陽極螢光屏用金屬板取代,同時提高加速電壓,XX碳納米管場效應(yīng)晶體管以硅材料為根底的集成電路的加工水平以到達(dá)130nm,同時有報道說90nm100nm,消滅小尺寸效應(yīng)`量子尺寸效應(yīng)`外表效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng).電子電路進一步縮小將越來越困難,金屬型碳納米管作為彈導(dǎo)式導(dǎo)體可通過109/cm2的電流密度作為集成電路的導(dǎo)線有潛在應(yīng)用價值.由于單根半導(dǎo)體型碳納米管制造的碳納米管場效應(yīng)晶體管有可能取代硅材料晶體管,其爭論得到極大重視.碳納米管分子晶體管原型機已研制成功,開發(fā)出的單層碳納米管場效應(yīng)晶體管承受的是與傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管”相像的構(gòu)造.用這種方法制造出的碳納米晶體管與此前設(shè)計的碳納米晶體管相比,衡量晶體管電流載流量的跨導(dǎo)參數(shù)值制造了的最高紀(jì)錄,載流量與晶體管的速度存在著相關(guān)性跨導(dǎo)參數(shù)值越高,意味著晶體管的運行速度越快制成的集成電路功能也更強.爭論人員開發(fā)出的“單層碳納米管場效應(yīng)晶體管”其單位寬度的2上.碳納米管場效應(yīng)晶體管的研制成功有力地證明白碳納米管作為硅芯片繼承度的狀況下,納米管的作用將更為突出,但碳納米管場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)還有很多路要走.碳納米管傳感器和探頭人們的興趣.其主要優(yōu)點是碳納米管傳感器尺寸格外小靈敏度極高,目前需要解決的主要問題是如何區(qū)分混合物中的各種成分并做出快速響應(yīng).碳納米管探頭可用于掃描電鏡和原子力顯微鏡,目前已有商業(yè)銷售.碳納米管探頭最大的優(yōu)點是強度高韌性好使用壽命長,由于彎曲應(yīng)力小對試樣損傷小,比照常規(guī)探頭碳納米管探頭電鏡可獲得更清楚的圖像.催化劑載體`比外表積大`外表的鍵態(tài)和顆粒內(nèi)部不同`外表原子配位不全等導(dǎo)致外表的活性位置增加,是抱負(fù)的催化劑載體材料.碳納米管作為`碳納米管的電學(xué)性能對催化的影響`碳納米管獨特的管腔構(gòu)造對催化的影響`碳納米管的儲氫性能對催化的影響等方面.[J].傳感技術(shù)學(xué)報.2023.19(3).581-587.[J].江蘇化工.2023.36(3).4-6.[J].料.2023.17.75-79.[J].化學(xué)學(xué)報.2023.62(3).335-340.生物傳感器[J].分析學(xué).2023.35(7).1021-1024劉煥彬，陳小泉.《納米科學(xué)與技術(shù)導(dǎo)論》2023.3[7]劉吉平，孫洪強. 《納米材料》2023.3MicrotubulesofGraphiticCarbon.Nature,1991,354:56-58.EbbesenTW,LezecHJ,HiuraH,etal.ElectricalConductivityofIndividualCarbon.Nature,1996,382:54-56.BingqingWei,Z.J.Zhang,G.RamanathandP.M.Ajayan.Lift-upNanotubesPatterns.ApplP