碳纳米管介绍分解.pptx

一. 二. 三. 四. 一.碳纳米管简介 又叫巴基管，碳的同素异形体 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管 碳纳米管的结构与金刚石、石墨、富勒烯一样，是碳的一种同素异形体 。它是一种管状的碳分子，管上每个碳原子采取sp2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来。 碳纳米管材料构 碳纳米管于1991年由日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛澄男首先发现。他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，这就是今天被广泛关注的碳纳米管。 1.按形态分类 实际制备的碳纳米管的管身并不完全是平直或均匀的，有时会出现各种结构，如弯曲、分叉、螺旋等。这些结构的出现多是由于碳六边形网格中引入了碳五边形和碳七变形所致。碳五边形引起正弯曲，碳七边形引起负弯曲。 2.按层数分类 1）单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：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(Fullerenes tubes)。 2）多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：为由不同直径的单壁碳纳米管套构而成。 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2～30 nm和 0.1～50μm。 根据构成单壁碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为： 3.按手性分类 4.按定向性分类 定向碳纳米管 非定向碳纳米管 二.碳纳米管材料的性能 碳纳米管主要的性能 可以从五个方面说明 力学性能 其他性能 电学性能 储氢性能 热学性能 碳纳米管材料的性能 力学性能 金刚石是我们所知道的自然界中最为坚硬的物质。而作为金刚石的同素异形体，碳纳米管具有良好的力学性能。 硬度：碳-碳共价键是自然界中最稳定的化学键，而碳纳米管的强度接近于碳-碳键的强度，因此单壁碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa，杨氏模量与金刚石相当，强度是钢的100 倍。 碳纳米管材料的性能 力学性能 弹性：与金刚石的三维结构不同，碳纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具有相当好的弹性。实验表明碳纳米管在拉升达原来长度的136%时仍 然可以恢复到原来的样子。而且即使受到了很大的外加应力，碳纳米管也不会发生脆性断裂 。 碳纳米管材料的性能 电学性能 碳纳米管在电学性能上也有很大的发展空间。 实验表明不同类型的碳纳米管，导电性能也不相同，例如，单壁纳米管总是金属性的，手性形纳米管中则部分为半导体性，部分为金属性的。 有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。 二.碳纳米管材料的性能 热学性能 碳纳米管具有良好的传热性能，由于是一维材料，其在径向上的导热性能优越，我们甚至可以在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,使得复合材料的热导率得到很大的改善。 碳纳米管材料的性能 储氢性能 碳纳米管具有比较大的表面积，且具有大量的微孔，其储氢量远远大于传统材料的储氢量，因此被认为是良好的存储材料。 其他性能 碳纳米管还具有光学和毛细，化学等其他良好的性能，也正是这些特性使得碳纳米管成为许多新材料的基础。 CNTs的制备方法有多种，主要有： 电弧法 激光蒸发法 化学气相沉积法 燃烧火焰法 电解法 通过各种外加能量，将碳源分解为原子或离子形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。 主要工艺： 在真空容器中充满一定压力的惰性气体或氢气，以掺有催化剂(金属镍、钴、铁等) 的石墨为电极，在电弧放电的过程中，两石墨电极间总保持一定的间隙。阳极石墨被蒸发消耗，同时在阴极石墨上沉积碳纳米管，从而生产出碳纳米管。 1.电弧法（Arc Discharge Methods） 优缺点： 　电弧法的特点是简单快速, 制得的碳纳米管管直, 结晶度高,但产量不高,阴极上除了碳纳米管还沉积有富勒烯、石墨颗粒、无定形碳和其他形式的炭颗粒。而且由于电弧温度高达3000～3700 ℃, 形成的碳纳米管会被烧结成一体,烧结成束, 束中还存在很多非晶碳杂质, 造成较多的缺陷。 电弧法目前主要用于生产单壁碳纳米管。选择合适的催化剂组合与含量, 是电弧法制备单壁碳纳米管研究的主要方向之一。 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，将惰性气体充入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳