第五章碳纳米管.pptVIP

2、制备纳米材料的模板 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， 纳米碳管为模板制备其它纳米线的研究工作。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，通过气相反应方法可 以制备出SiC、GeO2、GaN等多种纳米棒以及各种金属的 纳米线。这些新的一维纳米材料的出现，必将对纳米材 料的研究和发展产生积极的影响。 用多壁纳米碳管制备的纳米GaN纳米线???? a 原始样品 MWNT b制备的GaN纳米线 　 3、催化剂载体 纳米材料比表面积大，具有特殊的电子效应和表面效应。如气 体通过纳米碳管的扩散速度为常规催化剂颗粒的上千倍，担载 上催化剂后可极大地提高催化剂的活性和选择性，使其在加氢、 脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。 4、复合材料增强相 碳纳米管还有非凡的力学性质。理论计算表明，碳纳米 管应具有极高的强度和极大的韧性。由于碳纳米管中碳 原子间距短、单层碳纳米管的管径小，使得结构中的缺 陷不易存在，因此单层碳纳米管的杨氏模量据估计可高 达5太帕，其强度约为钢的100倍，而密度却只有钢的1/6。 因此，碳纳米管被认为是强化相的终级形式，人们估计 碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广阔 纳米碳管的电学性质与其结构密切相关。就其导电性而言， 由于纳米碳管直径和螺旋角不同，可以是金属性的，也可 以是半导体性的，甚至在同一根纳米碳管上的不同部位， 由于结构的变化，也可以呈现出不同的导电性。 纳米碳管中存在大量未成对电子，但其在纳米碳管中的径 向运动却受到限制，表现出典型的量子限域效应；而电子 在轴向的运动不受任何限制。因此，可以认为纳米碳管是 一维量子导线。 5、纳米器件 利用催化热解法成功地制备了纳米碳管－硅纳米线， 测试表明，这种金属－半导体异质结具有二极管的整流作用。 当一个金属性单层纳米碳管与一个半导体性单层纳米碳管同 轴套构而形成一个双层纳米碳管时，两个单层管仍分别保持 原来的金属性和半导体性，利用这一特性可制造具有同轴结 构的金属－半导体器件。 单壁纳米碳管集成电路 纳米碳管形成形成的分子晶体管 单壁纳米碳管为导线 纳米器件 多壁纳米碳管纳米器件 纳米碳管的电学性能和所处气氛有关，在不同气体气氛下， 其电阻会发生改变，根据这一现象有可能把纳米碳管用作 体积很小而灵敏度极高的化学传感器。 纳米碳管具有优异的场发射性能，而且在空气中稳定同时 具有较低工作电压和大的发射电流等优点，直径细小的 纳米碳管可以用来制作极细的电子枪，在室温及低于80 伏的偏置电压下，即可获得0.1～1微安的发射电流。有望 在新一代冷阴极平面显示器中得到应用。 韩国三星公司采用 纳米碳管作的平板 显示器实物照片 纳米秤 纳米齿轮 第二节 纳 米 碳 管 由碳原子形成的石墨烯片层围成的一种管状结构，而且它 们的直径很小，基本都在纳米尺度，所以称其为纳米碳管。 ??? 在理想情况下，仅仅包含一层石墨烯的纳米碳管称为单 壁纳米碳管。 ??? 包含两层以上石墨烯片层的纳米碳管称为多壁纳米碳管， 片层之间的距离为0.34-0.36nm。 不同管壁数目的纳米碳管的高分辨电镜照片 （从左至右管壁数目分别为一至五） 10-20 nm diameter 70nm diameter 150nm(a) and 300nm(b) TEM images of CNTs with 6 nm(a) and 100nm(b) diameter HRTEM images of CNTs HRTEM images of the cross-section of CNTs. 1991年，日本NEC公司S Iijima，为了观察电弧蒸发石墨得到 的各种产物，在不断改变实验条件过程中，发现所得到的产 物中除了制备C60时出现的灰状产物以外，在电极上还有一 些呈针状的产物。将这些针状产物在高分辨电子显微镜下观 察，发现该针状物是直径为4～30纳米，长约1微米，由2个到 50个同心管构成，相邻同心管之间平均距离为0.34纳米。 进一步实验研究表明，这些纳米量级的微小管状结构是由 碳原子六边形网格按照一定方式排列而形成，或者可以将 其想象成是由一个六边形碳原子形成的平面卷成的中空 管体，而在这些管体的两端可能是由富勒烯形成帽子。 这就是多壁纳米碳管。 1993年，S Iijima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 管壁的纳米碳管，即单壁纳米碳管产物。 带有C60、C70和C80笼状结构扶手椅形、锯齿形以及螺 旋形的单壁