?９４?新型炭材料第２６卷
．．表４修饰前后的ＭｗＣＮＴｓ在波长为５∞ｎｍ处的吸收
Ｔａｂｌｅ４１１ｌｅａｂｓｏｒｂ锄ｃｅａｔｏｆＭＷＣＮＴｓａｔ５００ｎｍｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｂｅｆｂｒｅａＩｌｄａｆｔｅｒｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
图５Ｍ蚋：ＮＴｓ分散在乙醇中的Ｔｕｒｂｉｓｃ锄数值：（ａ）ＭｗｃＮＴｓ原管；（ｂ）ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡ
Ｆｉｇ．５Ｔｕｒｂｉｓｃ强ｄａ诅ｏｆＭｗｃＮＴｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎｓｉｎｅ也ａｎｏｌ：（ａ）Ｍ蚯ｎｅＭｗｃＮＴ８；（ｂ）ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡ
ｎｅＳｅｄ砒ａ玳ｒｅｐｒｅｓ朗刚ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅ（０：ｏｏ一２４：ｏｏｈ）扑ｄｏｆｓａｆｎｐｌｅｈｅｉ曲ｔ（０－５５ｍｍ）
图６ＭｗｃＮＴｓ修饰前后在乙醇中的透射比
Ｆｉｇ．６Ｔｒ柚ｓ删ｔｔ锄ｃｅｏｆＭＷＣＮＴｄｉｓｐｅｒＳｅｄ
ｉｎｅｔｔｌａｎｏｌｂｅｆｏｒｅａｎｄ
ａ腑ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ
采用了全能稳定性仪对ＭｗｃＮＴｓ修饰前后在有机溶剂中的分散稳定性进行了进一步表征。分别取０．００４９修饰前后的ＭｗＣＮＴｓ样品加入到２０ｍＬ溶剂中，配成质量分数为０．０２％的溶液。在超声波振荡１ｍｉｎ后进行测试，设置１ｈ扫描一次，共扫描２４ｈ。通过近红外光脉冲（Ａ＝８８０ｎｍ）的透射比及背散射率检测ＭｗｃＮＴｓ在溶剂中的分散稳定性。透射比检测器接收到的是与光源成１８０。透过溶液的光线，而背散射率检测器接收到的是经溶液反向散射后与光源成４５０的光线。探钡９头对样品的整个高度进行扫描，逐步得到扫描幅宽为４０斗ｍ的背散射和透过率数据。在本试验中，没有考虑背散射数据，因为ＭｗｃＮＴｓ溶液呈乌黑色，吸收了差不多所有的背散射光线旧１｜。
图５显示了氨基化修饰前后的ＭｗｃＮＴｓ分散在乙醇中的透射比曲线。从曲线中可以看出，原始ＭｗＣＮＴｓ在乙醇中的沉降速度较快，经过２４ｈ之后透射比超过了８０％；而经己二胺修饰的ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡ在乙醇中的沉降速率较慢，分散稳定性较好，经过２４ｈ之后透射比接近６０％，与原始Ｍｗｃ－ＮＴｓ相比，透射比降低了２０％。这说明经己二胺修饰的ＭｗＣＮＴｓ－ＨＭＤＡ在乙醇中的分散稳定性较好。图６显示了修饰前后的ＭｗＣＮＴｓ在乙醇中每小时的平均透射比。从图中可以看出，在最初的４ｈ内，修饰前后的ＭｗｃＮＴｓ在乙醇中的沉降速率均较快，１２ｈ之后，ＭｗＣＮＴｓ在乙醇中的透射比均趋于稳定。与原始碳管相比，氨基化碳纳米管在乙醇中的透射比增加较为缓慢，沉降速率较低。结果表明，原始ＭｗｃＮＴｓ在乙醇中的团聚现象较为严重，对ＭｗＣＮＴｓ的氨基化修饰有效改善了碳纳米管在溶剂中的分散稳定性，这与从紫外光谱中得到的结论是一致的。综合分析可以得出，不同链长的二元胺修饰的氨基化碳纳米管在乙醇中的分散稳定性排列顺序为：ＭｗＣＮＴｓ．ＨＭＤＡ＞ＭｗＣＮＴｓ—ＤＭＤＡ＞ＭｗｃＮＴｓ—ＥＤＡ。这可能是由于在相同的氨基化条件下，己二胺的接枝率最高的缘故。这与ｘＰｓ的测试结果相吻合。
零苫
第２期王国建等：氨基化多壁碳纳米管的制备及其在复合材料中的应用?９５?
图７为修饰前后的碳纳米管用透射电镜观察到的形貌。由于未经处理的碳纳米管在溶剂乙醇中的分散性极差，在透射电镜下无法看到单独存在的碳纳米管（图７ａ）。与未修饰的ＭｗｃＮＴｓ相比，酸化处理后的碳纳米管的分散性有明显的提高，管壁变薄，端冒被打开（图７ｂ），这为下一步对ＭｗＣＮＴｓ的氨基化修饰做好了准备。经己二胺修饰后，ＭｗＣ—ＮＴｓ的空心管外层局部包覆了修饰层，遮挡了透明的管芯，且使得碳纳米管明显变粗，同时在碳纳米管端头还出现了如图７ｃ中显示的黑色包覆物。这是因为之前对ＭｗｃＮＴｓ的酸化处理使得其端头缺陷较多，非常容易被化学修饰，以致己二胺接枝在碳纳米管上。在放大倍率为８０万倍时（图７ｄ），按照ＭｗＣＮＴｓ的外管径为８ｎｍ计算，可以测出经己二胺修饰后的ＭｗｃＮＴｓ的管壁增厚了约２。５ｎｍ。
（ａ）ＰｒｉｓｔｉｎｅＭｗｃＮＴｓ×２００Ｋ；（ｂ）ＭｗＣＮＴｓ－ｃ００Ｈ×２００Ｋ；（ｃ）ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡｘ２００Ｋ；（ｄ）ＭｗＣＮＴｓ—ＨＭＤＡ×８００Ｋ
图７修饰前后碳纳米管的ＴＥＭ图像
Ｆｉｇ．７ＴＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｐｒｉｓｔｉｎｅａｎｄｍｏｄｉｆｉｅｄＭＷＣＮＴｓ
图８碳纳米管的氨基化修饰对三相复合材料力学性能的影响
Ｆｊｇ．８Ｅ艉ｃｔｓｏｆ山ｅ啪ｉｎｏ—ｍｏｄｉｆｉｅｄＭｗｃＮＴｓｏｎｔＩｌｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｎｉｅｓ
ｏｆ山ｅⅡｌｒｅｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
３．３己二胺修饰的碳纳米管在炭纤维／环氧树脂复合材料中的应用
从以上不同链长的二元胺修饰碳纳米管的效果及其在溶剂中的稳定性测试结果可以看出，己二胺的修饰效果最佳，且其修饰的ＭｗＣＮＴｓ在乙醇中的分散稳定性最好。因此将己二胺修饰的碳纳米管（ＭｗＣＮＴｓ—ＨＭＤＡ）加入到炭纤维（ＣＦ）增强的树脂基复合材料中，并与加入相同量（质量分数为１．０％）的未修饰的ＭｗｃＮＴｓ的三相复合材料相比较，以考察其对复合材料的增强作用，从而进一步验证氨基化碳纳米管的修饰效果。
由图８可知，在添加了质量分数１．０％的纯ＭｗｃＮＴｓ后，三相复合材料的力学性能与ｃＦ／ＥＰ复合材料相比，并没有很明显的提高。这可能是由于未胺化的ＭｗＣＮＴｓ在复合材料中发生团聚，反而造成复合材料的内部缺陷，并没有发挥出ＭｗＣ．ＮＴｓ作为增强材料的优势。而在加入质量分数１．０％的ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡ后，三相复合材料的力学性能有很明显的提高。ＭｗｃＮＴｓ．ＨＭＤＡ／ＣＦ／ＥＰ复合材料的冲击强度、弯曲强度及弯曲模量分别达到了４０．４３ｋＪ?ｍ～、９６５．６９ＭＰａ和５２．２４ＧＰａ，与ＣＦ／ＥＰ复合材料相比，分别提高了５１．９％、１６．４％和５３．２％÷这是因为：一方面，ＭＷＣＮＴｓ—ＨＭＤＡ表面的氨基可以与环氧树脂基体发生化学反应生成共价键，提高界面结合强度；另一方面，由于炭纤维布表面经过上浆处理后，表面涂覆有一层环氧涂层，ＭｗＣＮＴｓ．ＨＭＤＡ表面的氨基也可以与其发生反
应，改善环氧基体对纤维的浸润性能，从而使得复合
?９６?新型炭材料第２６卷
材料的整体力学性能有较大提高。这一点可以从图９中的ＳＥＭ照片得到解释。
’从图９（ａ）中可以看出，ｃＦ／ＥＰ复合材料样条冲击断面有明显的炭纤维拔出的孔洞，同时存在于炭纤维束之间的树脂区域也有被明显撕裂的痕迹。这是因为传统的炭纤维增强树脂基复合材料的一个薄弱环节就是炭纤维束之间的富树脂区域。在这个区域中，由于没有纤维作为增强物，当复合材料受到外力时，该区域最易引发裂纹增长，从而导致纤维增强复合材料的失效。而在三相ＭｗｃＮＴｓ—ＨＭＤＡ／ＣＦ／ＥＰ复合材料中（图９（ｂ）），氨基化碳纳米管存在于炭纤维束之间的富树脂区域。亦即，正是这些氨基化碳纳米管在纳米尺度的增强效应与传统纤维在微观尺度的增强效应的结合，才使得三相复合材料的力学性能得到了较大提高。
（ａ）ＣＦ／ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，×２０ｋ；（ｂ）ＭｗＣＮＴｓ—ＨＭＤＡ／ＣＦ／ＥＰｃｏｍｐｏｓｉｔｃＳ，×２０ｋ
图９复合材料样条冲Ｉ｛＾．断面｝１描电镜阁
Ｆｉｇ．９ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔ晌ｃｔｕ代ｄｓｕｒｆ如ｅｏｆｔ｝ｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ
４结论的修饰效果。
采用不同链长的乙二胺、己二胺和癸二胺对ＭｗｃＮＴｓ进行了表面接枝改性。利用ＦＴＩＲ光谱、Ｒａｍ锄光谱、ｘＰｓ和ＴＥＭ对二元胺修饰的Ｍｗｃ．ＮＴｓ的化学结构进行了表征。结果表明：这三种二元胺均以共价键的形式接枝到了ＭｗｃＮＴｓ表面。且经氨基化修饰后，ＭｗＣＮＴｓ—ＥＤＡ、ＭｗＣＮＴｓ．ＨＭ—ＤＡ、ＭｗｃＮＴｓ—ＤＭＤＡ表面的Ｎ元素含量分别达到了３．５２％、４．１８％和２．８８％。在此基础上经计算得出，平均一根碳纳米管上分别接枝了１．６０×１０９个乙二胺分子、１．９２×１０９个己二胺分子和１．２５×１０９个癸二胺分子。氨基化修饰的碳纳米管在乙醇中的分散稳定性明显优与原始碳纳米管及酸化碳纳米管，表明氨基化修饰能有效改善碳纳米管在极性溶剂中的分散稳定性。将质量分数１．０％的ＭｗＣＮＴｓ—ＨＭ．ＤＡ引入到传统的炭纤维／环氧树脂复合材料体系中，三相复合材料的冲击强度、弯曲强度及弯曲模量分别达到了４０．４３ｋＪ?ｍ～、９６５．６９ＭＰａ和５２．２４ＧＰａ，与ｃＦ／ＥＰ复合材料相比，分别提高了５１．９％、１６．４％和５３．２％。进一步验证了氨基化碳纳米管参考文献
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氨基化多壁碳纳米管的制备及其在复合材料中的应用
作者：王国建， 祖梅， 邱军， WANG Guo-jian， ZU Mei， QIU Jun
作者单位：王国建,邱军,WANG Guo-jian,QIU Jun(先进土木工程材料教育部重点实验室(同济大学),上海200092;同济大学材料科学与工程学院,上海200092)， 祖梅,ZU Mei(同济大学材料科学与
工程学院,上海,200092)
刊名：
新型炭材料
英文刊名：NEW CARBON MATERIALS
年，卷(期)：2011,26(2)
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本文链接：https://www.doczj.com/doc/096828475.html,/Periodical_xxtcl201102003.aspx
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着
碳纳米管的性质与应用 【摘要】 本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。 【关键词】 碳纳米管场发射复合材料优良性能 【前言】 自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。 【正文】 一、碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。 对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳
常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 电弧放电法 碳纳米管制备 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电 法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在 这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳 米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难 得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。 发展出了化学气相沉积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态 烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得 的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。这种方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的碳纳米管的结构，已经取得了一定进展。 激光烧蚀法 激光烧蚀法的具体过程是：在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶，该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时，将惰性气体冲入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时，在催化剂的作用下生长成CNTs。 固相热解法
第14卷 第2期邵阳高等专科学校学报Vol.14.No.2 2001年6月Journal of Shaoyang College J un.2001文章编号:1009-2439(2001)02-0081-10 碳纳米管的结构、制备、物性和应用 唐东升1 唐成名2 刘朝晖3 解思深1 (①中国科学院物理研究所与凝聚态中心,北京 100080) (② 邵阳高等专科学校,湖南邵阳 422004) (③ 南华大学现代教育技术中心,湖南衡阳 430000) 摘要:综述了碳纳米管的研究进展,简单地介绍了单层碳纳米管和多层碳纳米管的基本形貌、结构及其表征,列举了几种主要的制备方法以及特点,介绍了碳纳米管优异的物理化学性质,以及在各个领域中潜在的应用前景. 关键词:碳纳米管;结构;制备;应用;透射电子显微镜;扫描电子显微镜 中图分类号:O469 文献标识码:A 碳是自然界中性质最为独特的一种元素,它通过不同的成键方式所形成结构和性质迥异的同素异形体(石墨和金刚石),在很久以前就被人类所认识:当碳原子与四个近邻原子以共价键结合(sp3杂化)时,形成各向同性坚硬的金刚石,而当碳原子在同一平面内与三个近邻原子以共价键结合而第四个价电子成为共有化电子(sp2杂化)时,形成各向异性柔软的石墨.以sp2杂化模式成键的石墨具有六角网格的层状结构,层内是通过强共价键相互作用,而层与层之间是通过弱范德瓦耳斯键相互作用.在常压下石墨一直到很高的温度仍是碳的热力学稳定的体相(金刚石仅仅是动力学稳定的体相).然而随着人类对物质世界的认识深入到介观层次(～100nm)时,这种古老的元素呈现出全新的结构和物性,比如当石墨微晶的尺寸很小(比如纳米量级)时,情况就和体相很不一样了,因为此时每个石墨微晶中只有有限数目的碳原子,具有悬挂键的碳原子的密度会很大,这时石墨的层状结构就会弯曲封闭,以至边缘的具有悬挂键的碳原子相互结合成键使得系统的能量最低.这种由石墨原于层弯曲构成的闭合的壳层结构就是我们所要讨论的富勒烯和碳纳米管. 1984年爱克森(Exxon)石油公司一个小组在研究碳团簇时得到了如下结论[1]对于1≤n≤30奇数与偶数的C n都是存在的;(2)对于20≤n≤90只有C2n形式存在.他们认为碳原子链可以达到24个原子.遗憾的是他们并没有对较大的团簇做进一步的研究.一年之后英国Sussex大学的克罗托教授到美国Rice大学与柯尔(R.F.Curl)和斯莫利(R.E.Smalley)进行合作研究.他们认为宇宙空间存在的反常红外吸收可能与空间存在的碳团簇有关.于是他们利用一台激光蒸发团簇束的实验设备来制备长链碳分子.在对合成的所谓长链碳分子进行测量时,出人意料的结果出现了,在碳原子簇的质谱图上质量数为720的地方存在一个强峰,其强度为其它峰强度的30倍[3].在对实验结果的反复论证和分析后,他们提出了由60个碳原子组成的具有类似于足球形状的截角二十面体的完美对称性结构.在这个结构中60个碳原子位于此截面体的60个顶点上.而32个面分别由20个六面体及12个五面体组成,五面体各不相邻.在此笼状结构中碳原子没有悬键,因而能量低结构稳定.各个原子成键情况完全相同.随后的一系列实验证实了这些设想.这样,在碳的家族中,又增加了新的一员-C60[2～5],三位教授因此获得了1996年诺贝尔化学奖. 此后两项工作引起了世界范围内研究富勒烯(C60)的热潮:(1)1990年,德国马普研究所的克莱希墨(W. Kratschmer)教授和美国亚历桑那大学的霍夫曼(D.R.Huffman)教授从石墨棒电弧放电产生的烟灰中分离出毫克级的C60,并得到了C60单晶[6].这一重大进展为进一步研究C60的性质和应用打下了坚实的基础.(2)海顿(R. C.Haddon)教授等人发现碱金属掺杂后形成的M3C60具有较高的超导转变温度(T c～33K)[7].于是大家纷纷用与克莱希墨类似的方法从放电烟灰中制备C60[8～12],并进行掺杂研究,但很少有人对放电过程中阴极上形成的沉积物产生兴趣.碳的管状物虽然早有报道,但由于管径较大没有受到人们的重视[13,14].日本NEC公司的饭岛(S.Iijima)教授是一名杰出的电镜专家,在对碳材料的研究方面具有相当丰富的经验[15].他第一个对石墨棒放电所形成的阴极沉积物仔细地进行了电镜研究,他发现有一种针状物,这种针状物的直径为4～30nm,长度约为 收稿日期:2001-01-15
碳纳米管的制备方法 摘要：本文简单介绍了碳纳米管的结构性能，主要介绍碳纳米管的制备方 法， 包括石墨电弧法、催化裂解法，激光蒸发法等方法,也对各种制备方法的优缺 点进行 了阐述。 关键词：碳纳米管制备方法 Preparation of carbon nanotubes Abstract： The structure and performance of carbon nanotubes are briefly introduced, and some synthesis methods, including graphite arc discharge method, catalytic cracking method, laser evaporation method and so on, are reviewed. And the advantages and disadvantages of various preparation methods are also described. Key words：carbon nanotubes methods of preparation 纳米材料被誉为是21世纪最重要材料，是构成未来智能社会的四大支柱之一 ,而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管是碳 的一种同素异形体，它包涵了大多数物质的性质，甚至是两种相对立的性质，如从高 硬度到高韧性，从全吸光到全透光、从绝热到良导热、绝缘体/半导体/高导体和高临界温度的超导体等。正是由于碳纳米材料具有这些奇异的特性，被发现的短短十几年
来，已经广泛影响了物理、化学、材料等众多科学领域并显示出巨大的潜在应用前景。 碳纳米管又名巴基管，即管状的纳米级石墨晶体。它具有典型的层状中空结构， 构成碳纳米管的层片之间存在一定夹角，管身是准圆筒结构，并且大多数由五边形截 面组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构。是一种具有特殊结构（径向 尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米两级，管子两端基本上都封口）的一维纳米材料。 碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTS)和单壁碳纳米管（SWNTS）两种形式。单层碳纳米管结构模型如图1所示。理想的多层碳纳米管可看成多个直径不等的单层管同轴套构而成，层数可以从二层到几十层，层与层之间保持固定距离约为0.34nm，直径一般为2~20nm.但实际制备的碳纳米管并不完全是直的或直径均匀的，而是局部 1 区域出现凸凹弯曲现象，有时会出现各种形状如L、T、Y形管等。研究认为所有这 些形状的出现是由于碳六边形网络中引入五边形和七边形缺陷所致。五边形的引入引 起正弯曲，七边形的引入引起负弯曲。
碳纳米管及其应用新领域摘要：综述了碳纳米管材料独特性能及其应用潜力，详细说明了碳纳米管材料在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件等。关键词：碳纳米管的性能，碳纳米管的应用新领域，储氮材料，复合材料，信息存储，碳纳米电子学 前言：碳纳米管具有典型的层状中空结构特征，构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。 一、碳纳米管的性能 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。力学性能 由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。 碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。 导电性能 碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域n键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。 碳纳米管具有良好的导电性能，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。对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1 万倍。传热性能 碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs 具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。 二、碳纳米管电子学的应用 碳纳米电子管（eNTs是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。其导电能力不同于普通的导体。性能方面的区别取决于应用，也许是优点，也许是缺点，也许是机会。在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，如果电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。诸如电连接等的混乱极大地修改了这—行为。对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环绕着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被实验让实。在后门将有碳的纳米管穿过两根金导线证明了场效应分子晶体管，近来证实逻辑电路的难题 遇到了静电掺杂碳纳米管。碳纳米管的掺杂质可使用化学方法来完成。CMOS类型变极器有 n型和p型掺杂两种。这项工作用达到10A5的开关比率且具有高增益的晶体管电阻逻辑以实验证明了变极器和或非电路的性能。显然，通过适当地排列碳纳米管晶体管顺序可实现与、
碳纳米管的制备及其应用进展 10710030133 周健波 摘要：本文通过对新型化工材料碳纳米管的结构以及制备方法的介绍，并说明了制备纳米管方法有石墨电弧法、激光蒸发法、催化热解法等技术。同时也叙述了碳纳米管在力学性能、光学性能、电磁学性能等性能的研究及其应用。 关键词：碳纳米管制备结构石墨电弧法应用 1.引言 1991年日本科学家IIJI MA发现了碳纳米管（Carbon nanotube , CNT）, 开辟了碳科学发展的新空间. 碳纳米管具有机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,以及特殊的机械、物理、化学性能,在工程材料、催化、吸附分离、储能器件电极材料等诸多领域得到了广泛应用。 2.碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主, 与相邻的3个碳原子相连,形成六角形网格结构,但此六角形网格结构会产生一定的弯曲, 可形成一定的sp3杂化键。 单壁碳纳米管( SW CNT )的直径在零点几纳米到几纳米之间,长度可达几十微米;多壁碳纳米管(MW CNT)的直径在几纳米到几十纳米之间长度可达几毫米,层与层之间保持固定的间距,与石墨的层间距相当,约为0 . 134 nm。碳纳米管同一层的碳管内原子间有很强的键合力和极高的同轴向性,可看作是轴向具有周期性的一维晶体，其晶体结构为密排六方, 被认为是理想的一维材料。 碳纳米管可看成是由石墨片层绕中心轴卷曲而成, 卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺旋角.当螺旋角为零时, 碳纳米管中的网格不产生螺旋而不具有手性, 称之为锯齿型碳纳米管或扶手型碳纳米管;当碳纳米管中的网格产生螺旋现象而具有手性时,称为螺旋型碳纳米管。随着直径与螺旋角的不同, 碳纳米管可表现出金属性或半导体性。 3.碳纳米管的制备方法 3.1石墨电弧法
材料化学作业 单壁及多壁碳纳米管的制备 目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法），热解聚合物法、气体燃烧法和激光蒸汽法等以及聚合反应合成法。 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。 传统的电弧法以氦作为保护介质，中国科学院沈阳金属研究所成会明研究小组开发了一种有效制备单壁碳纳米管的半连续氢电弧法，他们通过此方法实现了高纯度单壁碳纳米管的大批量制备。同传统石墨电弧法相比，氢电弧法的改进包括：用氢气取代氦气作为缓冲气体，有效的提高了产品的纯度；添加某种含硫生长促进剂，使产量大大提高。氢电弧方法具有以下特点：1）在大直径阳极圆盘中填充混合均匀的反应物，可有效克服传统电弧法中反应数量有限且均匀性差的特点，利于单壁碳纳米管的大批量制备。2）阴极棒与阳极圆盘上表面成斜角，在电弧力的作用下可在反应室内形成一股等离子流，及时将单壁碳纳米管产物携带出高温反应区，避免了产物烧结。同时保持反应区内产物浓度较低，利于单壁碳纳米管的连续生长。3）阴极与阳极的位置均可调整，当部分原料反应完毕后可通过调整电极位置，利用其他区域的原料继续单壁碳纳米管的合成。 化学气相沉积法又称碳氢气体热解法，他在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷，这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在600-1200度和有保护气体作用的条件下，使气态烃分解并在一定载体上生成CNTS，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量，但是必须用到催化剂，目前此方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的CNTS的结构，已经取得了一定进展。碳纳米管的化学气相沉积法制备采用了四种不同系列的催化剂制备碳纳米管，并对不同催化剂及不同生长工艺条件制备的碳纳米管进行表征。将纳米钴粉与石墨粉混合研磨制备出纳米钴／石墨混合粉体催化剂用来生长碳纳米管。以离子注入方式在石英衬底上注入Fe离子制备出的负载型催化剂也可以生长碳纳米管，制出的碳纳米管纯度较高。该工艺适用于工业大批量生产，但制备的碳纳米管存在较多的结晶缺陷，常常发生弯曲和变形，石墨化程度较差，这些缺点对碳纳米管的力学性能及物化性能会有不良的影响。因此对催化裂解法制备的碳纳米管采取一定的后处理是必要的，比如高温退火处理可消除部分缺陷，使管身变直，石墨化程度得到改善。 化学气象沉积法在工艺中的方法大致有两种：1）基种催化法；2）浮动催化法。 基种催化法具有设备投资少，成本低，碳纳米管产量高，含量高以及易于实现大批量制备等优点。基种催化法的基本原理是：用碳氢化合物（以丙烯为例）为碳源，氢气为还原气，在铁，钴和镍基催化剂作用下，在管式电阻炉中裂解原料气形成自由碳原子，并沉积在催化
CVD 法不同条件下制备的多壁碳纳米管的Fenton 氧化改性 李伟 成荣明＊ 徐学诚 陈奕卫 孙明礼 何为凡 (华东师范大学纳米功能材料和器件应用研究中心 上海 200062) 李伟 男,24岁,硕士生,现从事碳纳米管的改性研究。 ＊联系人,E -mail :ys 02122048@student .ecnu .edu .cn 上海纳米科技专项基金资助项目(0252nm011)2004-08-27收稿,2005-01-31接受摘 要 碳纳米管经焙烧和稀硝酸纯化处理后,在相同的实验条件下,采用Fenton 试剂产生的·OH 分别对C VD 法合成的两种制备条件不同的多壁碳纳米管进行氧化改性处理。红外光谱(FT -IR )表明,改 性后的两种碳管结构中都引入了羟基、羰基和羧基等含氧官能团。此外,由于制备条件不同,导致它们 的石墨化程度、缺陷含量和抗氧化能力等性质也不同,因此CVD 法制备条件能够对碳管Fenton 氧化改 性结果产生重要影响。机理分析表明,这些含氧官能团可以看作是具有强亲电性和强氧化性的·OH 对 碳管上缺陷位置和不饱和键进行攻击的结果。 关键词 多壁碳纳米管 Fenton 试剂 ·OH 机理 Fenton Oxidation Modification of Multi -walled Carbon Nanotubes Prepared in Different Conditions by C VD Method Li Wei ,Cheng Rongming ＊ ,Xu Xuecheng ,Chen Yiwei ,Sun Mingli ,He Weifan (Center of Functional Nanomaterials and Devices ,East China Normal Universit y ,Shanghai 200062) A bstract After purification pretreatment by heating in air and in dilute HNO 3,in the same experimental conditions two kinds of multi -walled carbon nanotubes (MWNTs )were treated with Fenton 's reagents ,which were s ynthesized in different preparation conditions by chemical vapor deposition (CVD )method .The results of FT -IR spectra indicated that the oxygen -containing functional groups such as hydroxyl groups ,carbon y l groups and carboxyl groups could be brought into two kinds of MWNTs after Fenton oxidation modification treatment .In addition ,the properties such as graphitization degree ,defects ′content and antioxidation ability are also different for the different preparation conditions .So the preparation conditions of MWNTs could affect intens ively the results of Fenton oxidation modification .Finally ,we discussed the possible mechanisms of reaction between hydroxyl radical and MWNTs by FT - IR spectral changes before and after Fenton modification treatments were discussed .The possible mechanisms indicated that the existence of oxygen -containing functional groups could be viewed as outcome of attacks of h ydroxyl radical (·OH )with both the properties of oxidizabilit y and electrophilic addition on defect sites and unsaturated bonds in the MWNTs sample . Key words Multi -walled carbon nanotubes (MWNTs ),Fenton 's reagents ,Hydroxyl radical ,Mechanis ms 1991年日本科学家Iijima [1] 用高分辩透射电镜(HRTE M )发现了纳米尺寸的多壁碳纳米管(multi -walled car bon nanotubes ,MWNTs )。由于其独特的结构和物理化学性质,在许多新领域都可望得到应用,如在纳米电子器件[2]、超强度复合材料[3]等领域都显示了巨大的潜力。目前碳纳米管的制备方法主要有三种:电弧法(arc discharge ,AD )、激光蚀刻法(laser alblation ,LA )和化学气相沉积法(c hemical vapor deposition ,CVD )。其中CVD 法产量大,成本低,易于实现工业化大批量连续生产, ·618·化学通报 2005年第8期 http : www .hxtb .org DOI :10.14159/j .cn ki .0441-3776.2005.08.009
浅谈单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的差异 董莲枝1，曹柳男2 （1. 迪爱生（太原）油墨有限公司，山西太原 030000；2. 太原市塑料研究所，山西太原 030000） 摘 要：碳纳米管作为最重要的纳米材料之一，其研究越来越得到人们的重视。文章主 要综述了单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的差异。 关键词：单壁碳纳米管；多壁碳纳米管；差异 中图分类号：TQ342.7 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）09－0014－02 碳纳米管是一维纳米材料，可称为纳米材料之王，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米材料在纳米材料技术开发中举足轻重，它将影响到国民经济的各个领域，是国际上研究的热点及难点。 碳纳米管按照石墨烯片的层数简单分类为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。此外二者还有其他差异，现综述如下： 1 发现时间 单壁碳纳米管：1993年S.Iijima［1］等和DS.Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。 多壁碳纳米管：1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima［2］在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，现在被称做的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。Iijima发现的碳纳米管最小层数为2，含有一层以上石墨片层的则称为多壁碳纳米管。 2 结构 单壁碳纳米管：由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，具有较高的均匀一致性。SWCNTs的直径一般在1～6 nm，目前观察到的SWCNT的最小直径约为0.33 nm，并已能合成直径0.4 nm的SWCNTs阵列，直径达 6 nm的SWCNTs也已有报道。一般认为，SWCNT的直径大于6 nm以后特别不稳定，容易发生SWCNT管的塌陷。而单壁碳纳米管的长度则可达几百纳米到几十微米。单壁碳纳米管的单层结构显示出螺旋特征，根据构成碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为非手性（对称）和手性（不对称）。 多壁碳纳米管：多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。多壁碳纳米管的层间距约为0.34 nm，外径在几个纳米到几百纳米，而已发现的最小内径为0.4 nm。其长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。 3 工艺制备 单壁碳纳米管：激光蒸发法是制备单壁碳纳米管的一种有效方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有Fe、Co、Ni或其合金的碳靶制备单壁碳纳米管和单壁碳纳米管束，管径可由激光脉冲来控制。Iijima等发现激光脉冲间隔时间越短，得到的单壁碳纳米管产率越高，而单壁碳纳米管的结构并不受脉 冲间隔时间的影响。用CO2激光蒸发法，在室温下可获得单壁碳纳米管，若采用快速成像技术和发射光谱可观察到氩气中蒸发烟流和含碳碎片的形貌，这一技术使得跟踪研究单壁碳纳米管的生长过程成为可能。激光蒸发（烧蚀）法的主要缺点是单壁碳纳米管的纯度较低，易缠结。 多壁碳纳米管：化学气相沉积法主要用于多壁碳纳米管的合成。其基本原理为含有碳源的气体（或蒸气）流经催化剂表面时分解，生成碳纳米管。常用的碳源气体有C6H6、C2H2、C2H4等。Yacaman等最早采用25%铁/石墨颗粒作为催化剂，常压下700 ℃时分解9%乙炔/氮气制得碳纳米管。Amelincks等采用Co为催化剂，乙烯为碳源得到螺旋状的碳纳米管，中国科学院物理所用化学气相沉积法大批量合成了排列整齐的碳纳米管，而且端口是打开的。 4 应用及性能（电容） 单壁碳纳米管：能够严重破坏大肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将它杀灭，将有助于解决细菌抗药性这一日益突显的问题。单壁碳纳米管其电容量一般为180 F/g，比多壁碳纳米管更高。其电容器功率密度可达20 kW/kg，能量密度可达7 W?h/kg。 多壁碳纳米管：没有相关的报道指明可以杀灭细菌。多壁碳纳米管其电容量一般为102 F/g。 以上是关于单壁碳纳米管和多壁碳纳米管一些差异性的概括，然而二者均具有优异的力学性能、导电性能、热学性能、储氢性能等。 碳纳米管作为最重要的纳米材料之一，其研究越来越得到人们的高度重视，人们相信，碳纳米管在工业领域里大规模应用将在未来几年中出现，碳纳米管的研究也将对纳米技术的未来产生重大影响。 参考文献： ［1］Single－shell carbon nanotubes of 1－nm diameter. Iijima S, Nature, 1992, 363: 603～605. ［2］Helical microtubules of graphite carbon. Iijima S, Nature, 1991, 354: 56～58. ［3］邹莉.单壁碳纳米管及应用现状［J］.昆明冶金高等专科学校学报，2004（1）：21～23. ［4］顾书英，吴琪琳.碳纳米管应用研究的现状和未来［J］.同济大学学报（自然科学版），2002（2）：213～217. （编辑：王昕敏） － 14 －
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导
化工信息学论文 题目：碳纳米管材料的合成方法研究 学院（系）：环境与化学工程学院 专业：化工精细 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXX
碳纳米管材料的合成 摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。 关键字：碳纳米管合成Carbon Nanotubes Synthesis Application 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。 利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。 碳纳米管自1 991年发现以来，就因其独特的结构和异乎寻常的性能令世人瞩目。超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能Ⅲ、潜在的化学性能等使该材料成为纳米材料和技术领域的研究热点。所以，研究其经济，简单的合成方法尤为重要。 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法和新型合成方法等。
浅谈单壁碳纳米管与多壁碳纳米管的差异 摘要：碳纳米管作为最重要的纳米材料之一，其研究越来越得到人们的重视。文章主要综述了单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的差异。 关键词：单壁碳纳米管；多壁碳纳米管；差异 碳纳米管是一维纳米材料，可称为纳米材料之王，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米材料在纳米材料技术开发中举足轻重，它将影响到国民经济的各个领域，是国际上研究的热点及难点。 碳纳米管按照石墨烯片的层数简单分类为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。此外二者还有其他差异，现综述如下： 1发现时间 单壁碳纳米管：1993年S.Iijima［1］等和DS.Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。 多壁碳纳米管：1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家Iijima［2］在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，现在被称做的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。Iijima发现的碳纳米管最小层数为2，含有一层以上石墨片层的则称为多壁碳纳米管。 2结构 单壁碳纳米管：由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，具有较高的均匀一致性。SWCNTs的直径一般在1～6 nm，目前观察到的SWCNT的最小直径约为0.33 nm，并已能合成直径0.4 nm的SWCNTs阵列，直径达6 nm的SWCNTs也已有报道。一般认为，SWCNT的直径大于6 nm以后特别不稳定，容易发生SWCNT管的塌陷。而单壁碳纳米管的长度则可达几百纳米到几十微米。单壁碳纳米管的单层结构显示出螺旋特征，根据构成碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为非手性（对称）和手性（不对称）。 多壁碳纳米管：多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。多壁碳纳米管的层间距约为0.34 nm，外径在几个纳米到几百纳米，而已发现的最小内径为0.4 nm。其长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。 3工艺制备 单壁碳纳米管：激光蒸发法是制备单壁碳纳米管的一种有效方法。用高能