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二、纳米碳管 原始碳家族 C60 C70 C50 富勒烯 1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。 碳纳米管 碳纳米管分类 1) 单壁碳纳米管：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 2) 多壁碳纳米管：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。 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。 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。 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)，具有更加优良的储氢性能，也成为科学家们关注的焦点。 碳纳米管的应用前景 超级电容器: 碳纳米管用作电双层电容器电极材料。电双层电容器即可用作电容器也可作为一种能量存储装置。 2) 碳纳米管复合材料: 基于纳米碳管的优良力学性能可将其作为结构复合材料的增强剂。 3) 电磁干扰屏蔽材料及隐形材料: 由于特殊的结构和介电性质,碳纳米管表现出较强的宽带微波吸收性能,它同时还具有质量轻、导电性可调变、高温抗氧化性能强和稳定性好等特点,是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。 4) 作为混纺材料: 碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹、保暖、隐身的军用装备。 5) 储氢材料: 碳纳米管经过处理后具有优异的储氢性能,理论上单壁碳纳米管的储氢能力在10%以上,目前中国科学家制备的碳纳米管储氢材料的储氢能力达到4%以上,至少是稀土的2倍。 6) 锂离子电池: 碳纳米管可用于锂离子电池负极材料。 7) 催化剂载体: 纳米材料比表面积大,表面原子比率大(约占总原子数的50%),使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电子效应和表面效应。 8) 新型的电子探针: 将碳纳米管修饰到扫描隧道电子显微镜探针的针尖上，可观察到原子缝隙底部的情况，用这种工具可以得到分辨率极高的生物大分子图像。 9) 碳纳米管肌肉: 对机器人、光纤转换器、假肢、声纳幻影机等这类材料来说，通过一种材料的反应，将电能直接转化为机械能是至关重要的。 碳纳米管的应用前景 太空云梯 坚韧的碳纤维，其密度是钢的1/6，强度为钢的10—100倍，重量则只有钢的1/4。 将纳米碳管做成太空升降机的缆绳，由于它的强度高、重量轻，即使是从太空下垂到地面，它也完全可以承受自身的重量而不会断开，它是目前唯一可作为太空云梯的理想材料。 防弹衣 因纳米碳管既轻又强度极高，是钢的10—100倍，用它来作防弹衣就像用羽绒做成的防寒服一样，既可折来叠去，又能抵御强大的子弹的冲击力。 能源：储氢 碳纳米管是直径非常细的中空管状纳米材料，它能够大量地吸附氢气，成为许多个“纳米钢瓶” 。 研究表明，约2/3的氢气能够在常温常压下从碳纳米管中释放出来。 在不久的未来，就可以生产出氢气汽车，只需携带1.5升左右的储氢纳米碳管，即可行驶500km。 * 携带纳米马达 * 纳米TiO2防晒霜，可吸收紫外线。 作防水玻璃涂层， * 美维和士兵在伊拉克，官方曾答应每人发给一件防弹衣，但未兑现。于是很多士兵自己掏腰包购买，一件需1000多美元。（听自04.3.27早新闻广播） 1993年后，我国科学家先后操纵原子写出“中国”、“原子”、“师”、绘出中国轮廓图。 主要内容 概念、纳米科技的意义及发展过程 纳米材料的应用 纳米与生物交叉学科研究状况 碳纳米管 环境：处理汽车尾气 含铅汽油中的铅很容易通过血液长期蓄积于人的肝、肾、脾、肺和大脑中，从而导致人的智能发育障碍和血色素制造障碍等后果。 汽车尾气的处理：加入纳米级的复合稀土氧化物后，对尾气的净化特别明显，尾气中的CO、NOx几乎完全转化。 水处理 特种半导体纳米材