• 碳纳米管的特性及应用进展 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    本文综述了碳纳米管的研讨情况,介绍了碳纳米管的个性及制备体式格局,指出了碳纳米管在一些畛域的使用及将来的发展趋势。

    关键字碳纳米管制备机能使用

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    弁言

    99年,日本电镜专家m 在高分辩透射电子显微镜下检讨石墨电弧设备中的产物时初次发觉了碳纳米管(b Nnb, N)。碳纳米管自被发觉以来,因为其独有的布局和独特的物理化学个性以及潜在的使用近景而日益遭到人们的存眷,惹起了列国科学家的极大兴趣,目前已成为物理学化学资料学等畛域的国际研讨抢手之一。

    碳纳米管布局

    目前普遍以为,碳纳米管是由单层或多层石墨片按必然角度卷曲而成两头关闭的无缝纳米级管,每层管的管壁由碳原子经由进程p2杂化及大批p3杂化与四周碳原子齐全键合成的六边形碳环围成。朱艳秋2经实测以为碳纳米管属六方晶系晶体布局,其晶格常数为=02457 nm,=06852 nm。同惯例石墨晶格常数比拟,值略有增大(227%),而值略有减小(25%)。增大的值与石墨层片间的彼此婚配无关,关闭的笼形布局使碳纳米管存在很好的自锁布局。减小的值表白石墨层片内的联合更紧密,碳纳米管轴向碳原子间的-键联合更强,沿轴向存在更高的强度。因为制备体式格局和处置工艺的不同,碳纳米管的布局也多种多样。总体上来讲,依照石墨片层数的不同,可将碳纳米管分为单壁碳纳米管(ng- b Nnb, N)双壁碳纳米管(b- b Nnb, N)和多壁碳纳米管(M- b Nnb, MN)。其中,单壁碳纳米管层内碳原子联合体式格局是由卷曲的石墨管身和两头呈碳原子半球的关闭曲面构成。双壁和多壁碳纳米管则可看作由单壁碳纳米管套装而成,即由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管,相邻的同轴圆柱面之间的间距与石墨的层间距相称,约为034 nm。

    2碳纳米管的制备体式格局

    目前碳纳米管的制备体式格局次要包括三种石墨电弧法激光蒸发法和化学气相堆积法。普通来讲,前两种体式格局制得的碳纳米管品质较好,但产量较低,且不克不及连续消费;化学气相堆积法制得的碳纳米管品质虽不如前两种,但被以为是最有也许完成工业化消费的体式格局。

    2石墨电弧法

    石墨电弧法又称直流电弧法,它是在反映室中充以必然压力的惰性气体和氢气,采纳较细小的石墨棒为阴极,细石墨棒为阳极,在电弧放电的进程中阳极石墨棒不竭被消耗,同时在阴极石墨棒上堆积出含有碳纳米管的堆积物。

    石墨电弧法制备的碳纳米管的成长原理能够描述为碳原子或碳团簇在阴极名义因为降温而凝集发生;跟着碳的不竭供应和为了消弭启齿管端的悬键不竭发生,碳纳米管次要是沿轴向方向成长;一旦碳的供应停止,启齿端将敏捷关闭以到达不变态。

    石墨电弧法可用于制备单壁碳纳米管多壁碳纳米管和单壁碳纳米管教。该体式格局消费的碳纳米管普通较平直,石墨化水平高,缺陷绝对较少,然而该法制备碳纳米管的产量和效率较低。

    22激光蒸发石墨法

    激光蒸发石墨法是哄骗激光脉冲映照预置催化剂的石墨靶上,在部分高能量的作用下天生碳纳米管的体式格新万博体育手机版官方,新万博在线开户,新万博体育官网注册局。在激光蒸发石墨靶的进程中发觉了60,995年my等人采纳同样的体式格局制备出了碳纳米管。该体式格局能够在没有催化剂的前提下天生碳纳米管,制备出的碳纳米管的纯度更高,然而不克不及举行大批量消费。3

    激光蒸发法制得的碳纳米管性子均一不变,石墨化水平较高,出格适用于制备单壁碳纳米管。其缺陷在于设备较昂贵(含高能激光器),且产量较少。

    23化学气相堆积法

    化学气相堆积法(m Vp p, V)又称催化裂解法,其制备碳纳米管的机理与气相成长碳纤维类似在必然的温度下,碳源气体首先在纳米级的催化剂名义裂解形成碳源,碳源经由进程催化剂扩散,在催化剂名义长出碳纳米管,同时推着催化剂颗粒前移,直到催化剂颗粒全部被碳层包围,碳纳米管成长停止。采纳化学气相堆积能够失掉较为污浊,尺寸散布平均的碳纳米管,是工业大批量消费碳纳米管的无效体式格局最后采纳含碳源的气体或蒸汽流经金属催化剂名义,剖析天生碳纤维。跟着富勒烯研讨的深入和碳纳米管的发觉,人们意识到该法可用于消费碳纳米管。

    依照催化剂引入体式格局的不同,V法可分为基种法和浮动法。研讨表白,V法消费碳纳米管的直径依赖于催化剂颗粒的直径,因而经由进程催化剂品种与粒度的挑选及工艺前提(裂解温度气体流量等)的把持,可取得纯度较高尺寸散布较平均的碳纳米管。V法被以为是最也许完成工业化消费的体式格局,但其缺陷在于制取的碳纳米管有时会存在晶体缺陷,经常发生蜿蜒和变形,这些对碳纳米管的力学及其他物理机能均发生不良影响。因而对V法制备的碳纳米管采取必然的后处置是须要的。

    但从碳纳米管的基础性子研讨和现实使用要求来看,碳纳米管的制备技巧仍存在几个方面的难题第一,目前的样品多呈杂乱散布,碳纳米管之间彼此环绕,难以疏散;第二,用电弧放电法制备的碳纳米管被烧结成束,束中还存在良多非晶碳等杂质,如许使得丈量的各类物理和化学性子的了局比拟疏散,在导电性子和力学性子方面的丈量了局与理论估计新万博体育手机版官方,新万博在线开户,新万博体育官网注册值相差甚远;第三,目前制备的碳纳米管的长度惟独几十微米,只能用扫描地道显微镜和原子力显微镜等非惯例体式格局来丈量其物理机能,这给实行丈量带来极大难题;第四,没法把持碳纳米管的直径与手性。直径的把持在用化学气相堆积法模板制备碳纳米管的工作中已有了首要的希望,而手性的把持仍然难以完成。因而,制备出轴向尺寸长离散散布的直径及手性可控的高品质的碳纳米管,成为人们钻营的目的之一。4

    3碳纳米管的机能及使用

    因为标准的减小和名义形态的转变,碳纳米管可表现出纳米资料的一些固有个性,如量子尺寸效应小尺寸效应名义效应微观量子地道效应等,加之碳纳米管本身所特有的管壁六元环布局,使其存在不凡的力学电磁学光学等机能。

    3力学机能

    碳纳米管的碳原子间以-共价键相联合,而-键是自然界最强的化学键之一。理论盘算表白,碳纳米管存在很好的强度和韧度,在轴向施加压力或蜿蜒碳纳米管时,即便外加压力超过抗拉强度极限或蜿蜒强度,碳纳米管也不会断裂,因而碳纳米管的力学机能一度成为纳米技巧研讨的抢手。

    因为碳纳米管的纳米标准和易环绕的个性,间接用传统实行体式格局丈量其力学机能比拟难题,因而最后对碳纳米管力学机能的研讨集中在理论预测上,基于教训Kng力模子对碳纳米管的弹性模量值举行盘算。尽管由这些理论盘算失掉的弹性模量有所不同,但这些盘算了局都表白了碳纳米管存在很高的弹性模量。

    因为单壁碳纳米管的直径普通为07—2 nm,长度为微米量级,因而,很难间接对单壁碳纳米管举行拉伸实行,良多关于碳纳米管力学机能的丈量数据都是基于复合资料或经由进程间接的体式格局取得的。不同的实行显现,碳纳米管存在相称高的抗拉抗压强度

    碳纳米管力学方面独特的机能使它十分合适用作复合资料的加强相。碳纳米管与其它资料比方金属(铁基,镍基,铝基)陶瓷以及聚合物等的复合加强机能也有初步的研讨。

    32电学机能

    因为单壁碳纳米管的碳原子之间是p2杂化,每个碳原子都有一个未配对电子位于垂直层片的




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