新型材料——碳纳米管.pdfVIP

维普资讯 第 29卷第4期 江苏 化工 ． 29H04 2001年8月 l c}I目Ⅱc dus AIlg．2∞ 1 应嗣与开袭 新 型材 料 碳 纳 米 管 韩 峰，王国庆，黎载波 (广东工业走学轻工化工学院，广东广州510090) 摘要：综述了碳纳米管的结构、制备方法及其应用，并报告了该领域的必威体育精装版研究进展。 关键词 ：碳纳米管(cN|IS)；结构；制备；应用 中圈分类号：TB383 文献标识码 ：A 文章编号：1002—1116(2~1】04—0035—03 碳纳米管 (CN|Is)又称 巴基管 ，是一种有特殊结 这是 由于在碳六边形网格中引入了五边形和七边形 构和性质的新型材料。199J年，日本 NEC公司电镜 缺陷所致。当出现五边形时，由于张力的关系导致 专家饭 岛(Iijima) 首先在高分辨电子显微镜下发 碳纳米管凸出，如果五边形正好 出现在碳纳米管顶 现了碳纳米管．从此碳的同素异形体家簇叉多了一 端 ，即形成碳纳米管封 口，当出现七边形时，碳纳米 位新成员。1992年，Ebb~n 等提 出了实验室规模 管则凹进。碳纳米管基本上可分为单层和多层两种 台成碳纳米管的方法 ，为研究碳纳米管 的性质迈进 类型，两者的物理性质都与它们的结构有密切关系， 了一大步 碳纳米管以其 良好的电子学 、力学、化学 对单层碳纳米管的各种性质的理论研究表明单层碳 等性能。吸引了物理 、化学、材料 、电子等领域专家的 纳米管的能带结构具有窄能隙的半导体属性或近似 极大关注 ．在全世界掀起 了一股碳纳米管热。 目前 为金属性。作为典型的一维量子输运材料 ，用碳纳 关于碳纳米管 自身的特性和生产方法 的研究 ，已经 米管制成的三极管在室温下表现出典型的库仑阻塞 取得了很大的进展，研究重点正转 向大规模生产和 和量子 电导效应。碳纳米管 的 一C原子 间距短， 应用领域。 且单层碳纳米管 的管径小((1nm)，使单层碳纳米 管的弹性模量估计高达5TPa，是 目前可制备 出的最 1 碳纳米管的结构 高强度的材料。 碳纳米管可认为是 由单层或多层石墨片卷曲而 2 碳纳米管的制备 成的无缝纳米管，其两端一般封闭，碳纳米管的壁层 是由六边形 网格组成 的圆柱面，且 C—C原子之间 高纯度和高产率碳纳米管的制备是碳纳米管研 通过 杂化构成共价键，因此碳纳米管沿轴向有 究的一个重点。目前制备碳纳米管的方法主要有电 极高的拉伸强度。碳纳米管直径一般在几纳米到几 弧法 、催化裂解法 (又称 CVD法)和离子或激光溅射 十纳米之间，长度为几个至几十微米，而且碳纳米管 法等等。 的直径和长度随制备方法及实验条件的变化而不 2．1 电弧法 同。比如 ，用电弧法制备的碳纳米管外径 一般为 20 它是最早用于制备碳纳米管的方法，也是最主 ～ 30nm，内径为 I～3nrn，用催化法时其片层少．甚 要的方法。其原理为石墨电极在电弧产生的高温下 至单层 。由于碳纳米管的长度和直径之 比为 100～ 蒸发，在阴极沉积出纳米管。传统的电弧法是在真 1ooo可视为准一维分子。实际制备的碳纳米管并 空的反应容器中充以一定量的惰性气体，在放电过 不完全是笔直、均匀的，而局