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碳纳米材料介绍 石海龙 碳纳米材料的特性及其应用 碳纳米材料发展简史 碳纳米材料的分类 石墨烯（graphene） 富勒烯（fullerene） 碳纳米管（carbon nanotube） 碳家族 碳纳米材料发展简史 1985年 发现了巴基球(C60)，又称足球稀；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研究中，发现了C60。因此，1996年获得诺贝尔化学奖。 1991年 日本电气公司的S.?Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30?nm，叫Carbon?nanotubes，(CNTs碳纳米管）； 1992年 瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱； 2003年5月4日， 日本信州大学和三井物产下属的CNRI子公司研制成功Ф= 0.4nm的碳纳米管。同年，日本名古屋大学筱原久典教授制备出了纳米电缆； 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯分子C141; 2004年，英国曼彻斯特大学的安德烈·K·海姆和他的学生康斯坦丁·沃肖洛夫等制备出了石墨烯。并获得了今年的诺贝尔物理学奖。 碳纳米材料的分类 金刚石（四面体） 石墨（片状结构层状分布） 石墨烯（单层片状结构） 富勒烯（封闭的笼状结构） 巴基球（C50 、 C60 、C70、C76、C80、C82、C84、C90、C94等） 巴基葱（多层同心球状结构） 巴基管（碳纳米管） 发现 Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚?诺沃谢夫（Kostya Novoselov）和安德烈?盖姆（Andre Geim）发现的，他们使用的是一种被称为机械微应力技术（micromechanical cleavage）的简单方法。正是这种简单的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维晶体不仅可以在室温存在，而且十分稳定的存在于通常的环境下。 应用前景 富勒烯 C60的发现及命名 1985年11月14日，Kroto，Curl和Smalley等人，《自然》杂志，正式宣布C60的发现及结构模型；1996年，获得诺贝尔化学奖。 C60分子具有60个顶点和32个面，其中12个为正五边形，20个为正六边形，与足球的结构相同，所以又叫足球稀。 他还有些别称，如富勒烯（最早就指C60）、巴基球（Backyball） C60的发现发现者(The Nobel Prize in Chem1996) 克罗托 柯尔 斯莫利 1985年，英国的克罗托飞越大西洋远赴休士顿，与柯尔、斯莫利合作研究，他们用激光照射石墨，利用高温使其气化。再用高压的惰性气体将之吹入真空室冷却。 一生难遇的获奖机会 蒸汽冷却后测出许多含偶数个碳原子的碳原子簇，例如：C24、C32、C60、C70、C84、C540、C1500等，这一系列的分子称为碳簇分子（carbon cluster）。数天后，他们在质谱仪上发现对应60及70个碳原子的两个主要谱峰，峰的强弱与气压有关，稍早的研究者也有类似的发现，但没有进一步对现象做出探讨，因此丧失了毕生难遇的获奖机会。 经验法则 模型推演 利用氦气将该物质带入质谱仪中分析，发现了分子量为720、840的C60、C70分子，籍着经验法则、模型推演，得到的结论是一个的空心笼状物，由60个碳原子组成。 问题是这60个碳原子的“笼子”到底是一种什么样的结构呢？ 1967年加拿大蒙特利尔世博会给了他们灵感。 1967年蒙特利尔（Montreal）世博会美国建筑师巴克明斯特．富勒(R. Buckminster Fuller)所设计出的圆屋顶 受此启发，他们用20个六边形和12个五边形构造出了著名的足球模型。为了感谢美国建筑师巴克明斯特·富勒，C60便有了富勒烯、巴克球（巴基球）这样的名字。 数学上足球模型是一个「消去尖角的『二十面体』」。  碳纳米管 碳纳米管的发现 碳纳米管 碳纳米管的制备 电弧放电法 催化裂解法(复合电极电弧催化法、碳氢化合物催化分解法CVD、)---化学气相沉积法 激光蒸发（烧蚀）法 等离子体法 增强等离子热流体化学蒸气分解沉积法PE-HF-CVD 热解聚合物法（化学热解法） 离子（电子束）辐射法 催化裂解无基体法 电解法 电弧放电法 催化分解碳氢化合物法 碳氢化合物催化分解法(又称化学气相沉积CVD法) 单壁碳纳米管的CVD合成条件 激光烧灼法 激光蒸发（烧蚀）法 碳纳米管的应用 超强的力学性能 它们的强度比钢高100倍，但密度只有