奈米碳管学习单.DOCVIP

奈米碳管I：基本性質與應用 奈米科技已成為現代人不可不知的名詞，其中奈米碳管更是奈米科技中的當紅炸子雞。自從奈米碳管於1991年被日本飯島Iijima)教授發現後，奈米碳管許多優異的特性陸續被深入研究，諸如具有非常好的機械強度(強度比鋼高100倍，有非常高的楊氏係數、可以達到15%的伸長量、高韌性)，又具有低重量得特性(比重只有鋼的1／6)。故非常適合加入金屬、陶瓷和高分子中，一起作為複合材料，可應用在需要強度高、重量輕方面的應用上，比方飛機的結構體、運動器材、各種建築材料等，具有相當大的應用潛力。儲氫材料的應用因為具有獨特的結構和形貌，具有極高的表面吸附面積，造成了奈米碳管極佳的儲氫能力。高功率電化學電容的應用：電化學電容器(Electrochemical Capacitor)，又被稱為super capacitor或ultra capacitor，它們具有高功率，可耐超過10,000次以上循環。目前文獻上報導利用奈米碳管，其能量密度可高達8000W/kg。奈米碳管的應用：顯微鏡(AFM、STM)掃描探針。顯微鏡(AFM、STM)掃描探針的應用：原子力顯微鏡(AFM)的解析度取決於探針的曲率半徑。目前市面上使用的的探針是角錐狀的Si或Si3N4，理論上它尖點的曲率半徑可以做到小至10nm，不過大部分商業化的產品都比這個曲率半徑大。而因為奈米碳管尖端的曲率半徑極小，同時又有好的機械強度，所以奈米碳管是一種非常適合當作探針的材料。場發射電子源由於奈米碳管它具有高的縱橫比(aspect ratio)，同時它的尖端曲率半徑很小，所以尖端處具有很強的電場集中效應，只需施加很小的電壓即可放射出電子，也就是它具有十分良好的場發射特性。其他方面的應用：除了以上的應用外，奈米碳管還可以應用在：奈米導線(nanowires)、量子線(Quantum wires、場效電晶體、金屬粒催化劑之支撐體、奈米碳管異質接面、奈米級機械元件。 強度比鋼高因為具有獨特的結構和形貌，具有極高的表面吸附面積，造成了奈米碳管極佳的儲能力。原子力顯微鏡(AFM)探針。由於奈米碳管它具有高的，同時它的尖端曲率半徑很小，所以具有十分良好的場發射特性 奈米碳管II：結構與導電性關係 大家都知道，碳有許多同素異形體，如鑽石、石墨、碳六十、奈米碳管等，每一種特性都不相同。其中奈米碳管優異的性質要歸因於他特殊的結構，奈米碳管是由石墨層所捲曲而成，由捲曲層數可分為單層奈米碳管與多層奈米碳管。而其中單層奈米碳管更因為捲曲的方式(1)arm-chair(扶椅型)、(2)zigzag(拉鍊型)、(3)chiral(對掌型)而造成在導電性上有明顯的差異。 使用二維向量(n , m)來表示石墨層捲曲的方式，其中n和m被限制為大於零的整數，且n m。表示以六碳環組成之平面，以某一向量Cn =(n , m)之六碳環捲成圓桶狀並與(0,0) 六碳環重合時，即可得一SWNT。其中螺旋角θ(chiral angle)，θ=0o，即m=0時為zigzag型；θ=30o，即n = m為arm-chair型；0oθ30o時為chiral型。 根據電子能帶理論推導，符合n – m = 3q （q為零或正整數）條件的SWNT具金屬性（價帶與導帶重疊），其餘則具半導性（價帶與導帶間有能隙）。而導電性的不同，進一步可應用於量子線與奈米導線上。 【學習單】 1.請判斷這根奈米碳管是單層還是多層?＿＿＿ .根據二維向量表示法，Cn =(n , m)，請問下列電性與結構分別為： (A)(5,3) ________、_________(B)(5,2) ________、_________ (C)(8,8) ________、_________(D)(6,1) ________、_________ (E)(4,3) ________、_________(F)(2,1) ________、_________ (G)(12,0) ________、_________ (H)(7,4) ________、_________(1) 答：______________ (2) 答：______________ (3)答：______________ 奈米碳管III：石墨層捲曲成奈米碳管實做 一、材料： 1.印有石墨模型的透明投影片×3 2.髮夾×6 二、步驟： 1.在透明片上標上向量軸，並標上兩軸座標。 2.捲曲出zigzag型Cn =(5,5) 3.捲曲出arm-chair型Cn =(9,0) 4.捲曲出chiral型Cn =(10,5) 【學習單】 1.請Cn =(n , m)：並請老師評分 (A)(5,3) ________、_________(B)(5,2) ________、________