纳米材料第一章.pptVIP

C纳米索线 纳米多层管 　　 碳纳米管是一种非常奇特的材料，它是石墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼状纤维，内部是空的，外部直径只有几到几十纳米。这样的材料很轻，但很结实。它的密度是钢的1/6，而强度却是钢的100倍。用这样轻而柔软、又非常结实的材料做防弹背心是最好不过的了。如果用碳纳米管做绳索，是唯一可以从月球挂到地球表面，而不被自身重量所拉断的绳索。如果用它做成地球-月球乘人的电梯，人们在月球定居就很容易了。 奇妙的碳纳米管“太空电梯”的绳索 未来的能源材料之星—储氢合金 从能源的角度来说，20世纪是石油的时代，世界围绕石油的竞争十分激烈，甚至引起战争。然而，随着世界石油的大量开采和消耗，这个石油的时代还能维持多久呢？这不能不引起人们的忧虑，总有一天，石油时代终将结束，那么现代的动力能源从何而来？人类将如何生存？悲观绝望并不可取，但盲目乐观也很危险。从科学技术的角度来说，能源是无限的，风能水力不会终止，海水中蕴藏的能量也是无限的，寻找新的能源，实现石油时代的平稳过渡将是人类面临的严重挑战。 未来的能源材料之星—储氢合金 氢是一种十分理想的能源，燃烧1公斤氢可放出34000大卡的热量，比1公斤石油放出的热量高两倍，氢燃烧的产物是水，不会产生任何污染，而水又可以产生氢。所以，可以说氢是地球上取之不尽的最洁净的能源。但是这里产生一个不容忽视的问题，就是氢气如何储存又如何运输呢？ 气态 --- 150 大气压 钢瓶 储氢的传统方法 液态 --- －253 ℃ 液化 钢瓶 储氢 金属或合金 —— 能吸收 H2 的金属或合金。  储氢金属或合金为什么能储存氢气？ 金属结构中存在着很多空隙，氢元素较活泼，原子半径又小，它很容易钻进金属空隙中去并和金属起化学反应生成金属氢化物。 未来的能源材料之星—储氢合金  放热 金属（合金）+ H2 储氢金属或合金  吸热 一般储氢合金，吸收与氢气瓶储氢容量相等的氢气，其重量只有氢气瓶的1/3，而体积却不到氢气瓶的1/10。因此，用储氢合金储氢是一种很理想的储氢手段。 未来的能源材料之星—储氢合金 纳米碳管在贮氢中的应用 1997年，AC Dillon等报道了单壁纳米碳管的中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛关注，相关的实验研究和理论计 算工作也相继展开。 初步结果表明：纳米碳管是一种很有发展前途的储氢材料。单壁纳米碳管的吸氢过程研究发现，氢以很大密度填充到单壁纳米碳管的管体内部以及单壁纳米碳管束之间的孔隙，因此单壁纳米碳管具有极佳的储氢能力，据推测单壁纳米碳管的储氢量可达10％(重量比)。其它研究也表明，氢分子可吸附在纯单壁纳米碳管、多壁纳米碳管和碱金属掺杂的多壁纳米碳管可望达到这一目标，从而极大地激励了对纳米碳管材料储氢性能的理论和实验研究。此外，纳米碳管还可 以用来存储甲烷等其它气体。 单壁纳米碳管储氢 研究发现利用它的储氢性能可能把纳米碳管为氢燃料电池中的氢源 H2原子和C纳米管 多层C纳米管 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。 据预测，到2012年，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。 氢能汽车 美国通用汽车公司以液氢为能源的燃料电池概念车——氢动一号 人工组装合成的纳米结构的体系 碳纳米管齿轮，直径2nm，轴为单壁纳米管，齿是键合在纳米管上的酶分子。 T形和Y形结 纳米棒、纳米丝和纳米线 准一维实心的纳米材料是指在两维方向上为纳米尺度，长度比上述两维方向上的尺度大得多，甚至为宏观量的新型纳米材料． 纵横比（长度与直径的比率）小的称为纳米棒，纵横比大的称作纳米丝．至今，关于纳米棒与纳米丝之间并没有一个统一的标准，通常把长度小于 1mm的纳米丝称为纳米棒，长度大于 1mm的称为纳米丝线。半导体和金属纳米线通常称为量子线。 纳米棒、纳米丝 一维纳米中空孔道赋予了纳米碳管独特的吸附、储气和浸润特性。根据理论计算，中空的纳米碳管具有毛细作用。以纳米碳管为基础，利用它的中空结构和毛细作用可制备其它纳米结构。对纳米碳管进行B、N等元素掺杂已获得了一系列新型纳米管。以纳米碳管为母体，通过气