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Chapter 5纳米功能纺织材料Nanostructured Textiles 江南大学纺织服装学院 碳纳米管 Carbon Nanotubes 碳纳米管 　碳纳米管是在用电弧法制备C60时发现的。随后，确认了碳纳米管的结构，发现了碳纳米管的许多奇特的性质，使得碳纳米管成为新的一维纳米材料的研究热点。 　　碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、中空的“微管”,分为单层管(SWNT)和多层管(MWNT)。多层管由若干个层间距约为0.34纳米的同轴圆柱面套构而成。碳纳米管的径向尺寸较小，管的外径一般在几纳米到几十纳米；管的内径更小，有的只有1纳米左右。而碳纳米管的长度一般在微米量级，相对其直径而言是比较长的。因此，碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。 单壁碳纳米管的制备方法 石墨电弧法 氦气保护石墨电弧法 氢气保护石墨电弧法 化学气相沉积法(CVD) 激光蒸发法 　对碳纳米管的性能，特别是电学性能和力学性能的研究，已有许多理论计算结果。但是由于多层碳纳米管结构的复杂性，大多数理论计算都是以单层碳纳米管为研究对象来进行的。虽然大量的理论计算表明,碳纳米管具有电学、力学、光学等方面的许多奇特性质，但从实验上验证这些特性却十分困难。这主要是因为碳纳米管的尺寸太小，难以用常规实验手段对其进行测试。尽管困难重重，实验研究仍然取得了许多很有价值的成果。 性能及其应用前景 奇异的导电性 优异的力学性质 除了奇特的导电性质之外，碳纳米管还有非凡的力学性质。理论计算表明，碳纳米管应具有极高的强度和极大的韧性。由于碳纳米管中碳原子间距短、单层碳纳米管的管径小，使得结构中的缺陷不易存在，因此单层碳纳米管的杨氏模量据估计可高达5太帕，其强度约为钢的100倍，而密度却只有钢的1/6。因此，碳纳米管被认为是强化相的终级形式，人们估计碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广阔。此外，碳纳米管高的比表面积使其成为最有希望的新型储氢材料。 　　由于碳纳米管本身具有小的直径和很高的长径比（即长度与直径之比），以及良好的力学及电学性能，因此可以将碳纳米管用作扫描隧道显微镜或原子力显微镜的探针，使仪器的分辨率有较大的提高。 单壁碳纳米管的应用 储氢材料 高强度复合材料领域 电子应用领域——大容量超级电容器 场发射装置 场效应晶体管 碳纳米管传感器和探头 催化剂载体　　 纳米线、纳米带、量子点 nanowires，nanoribbons，quantum dots 纳米机械 Nanomechanics 中国纳米技术发展 1993年，中科院操纵原子写字 中国纳米技术进展 中科院物理所制备出大面积碳纳米管阵列;合成了当时最长的纤维级碳纳米管 中国科技大学:氮化镓粉体 清华大学:氮化镓纳米棒 中国科技大学:从四氯化碳制备出金刚石纳米粉，被誉为“稻草变黄金” 纳米材料制备综述 对纳米材料的要求 尺寸可控(小于 100 nm) 成分可控 形貌可控 晶型可控 表面物理和化学特性可控 (表面改性和表面包覆) 纳米技术的应用 能源领域 石油、煤等不可再生资源 环保领域 解决水污染的问题 解决空气污染的问题 微电子 纳米电子器件、纳米线、纳米传感器 信息领域 光纤、发光器件 纳米技术的应用 功能性涂料、薄膜 防静电涂料 特殊视觉涂料 紫外线吸收涂层 耐磨、防腐、耐高温、耐冲刷涂层 机械 纳米结构单元和纳米机械 结构陶瓷 增强、增韧、助烧结 纳米技术的应用 化学化工 催化剂、助催化剂、阻燃剂 镍催化氧化丙醛，当镍的粒径在5nm以下，反应选择性发生急剧变化，生成酒精的转化率迅速增大 塑料和橡胶 制品成型剂、补强剂、抗老化剂 OA领域 复印机和激光打印机的墨粉 喷墨打印机墨水、高级墨水 纳米技术的应用 纳米药物 磁性纳米粒子药物 卫生保健品 防晒霜 纺织品 功能纺织品 纳米技术的应用 纳米探测系统 纳米材料提高武器打击 纳米材料提高防护能力 纳米机械系统制造的小型机器人 雷达隐身技术 纳米器件 Nanoelectronics 纳米器件 Nanoelectronics 纳米器件 Nanoelectronics 纳米生物 Nanobiology 纳米生物 Nanobiology * 纳米技术Nanotechnology 在人类科技发展的历史长河中，始终有两个目标： 一个是向着越来越大、越远的宏观(Macroscopic and cosmoscopic)世界进军，发明了望远镜向着世界的广度进军，探索宇宙的起源和进化； 另一个是向着越来越小、越深的微观(Microscopic)世界发展，发明了各种显微镜、粒子加速器，向着分子、原子、原子核、基本粒子的微观层次不断地探索物质起源和结构。 在向着这两个极端目标无尽的