碳纳米管的应用.ppt

碳纳米管的应用 application of Carbon nanotubes 学 生：卢时宝 指导教师：张 静 目录 一、简介 二、碳纳米管的主要性能 三、碳纳米管的主要应用 四、碳纳米管的新应用发现 五、结语 一、简介 碳纳米管的发现 1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为“Graphite tubular”。 1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。 碳纳米管的分类 碳纳米管按石墨烯片的层数分类 1）单壁纳米管 2）多壁纳米管 按手性分类 1）锯齿型 2）扶手椅型 扶手椅型 锯齿型 二、碳纳米管的性能 力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。 电学性能 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。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。 储氢性能 1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的储氢性能做了研究，SWNT在0℃时,储氢量达到了5%。 热学性能 一维管具有非常大的长径比， 因而大量热是沿着长度方向传递的， 通过合适的取向，这种管子可以合成高各向异性材料 。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 。 发射性能 由于碳纳米管具有纳米尺度的尖端,有利于电子的发射,科学家们预言并证实了碳纳米管具有极好的场致电子发射效应。 吸附性能 由于碳纳米管具有较大的比表面积、特殊的管道结构以及多壁碳纳米管之间的类石墨层隙。 化学性能 在催化研究方面,碳纳米管已被用于分散和稳定纳米级的金属小颗粒。由碳纳米管制得的催化剂可以改善多相催化的选择。 三、碳纳米管的主要应用 碳纳米管复合材料 基于纳米碳管的优良力学性能可将其作为结构复合材料的增强剂。研究表明，环氧树脂和纳米碳管之间可形成数百MPa的界面强度。 除做结构复合材料的增强剂外，纳米碳管还可做为功能增强剂填充到聚合物中，提高其导电性、散热能力等 拥有良好柔韧性，是理想高强度纤维材料 电磁干扰屏蔽材料及隐形材料 碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用。 超级电容器 作为电双层电容电极材料，要求材料结晶度高、导电性好、比表面积大,微孔大小集中在一定的范围内。 碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成工艺加以控制,因而是一种理想的电双层电容器电极材料。碳纳米管超级电容器是已知的最大容量的电容器。 导电材料 将碳纳米管均匀地扩散到塑料中，可获得强度更高并具有导电性能的塑料，可用于静电喷涂和静电消除材料，目前高档汽车的塑料零件由于采用了这种材料 由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能，不会象绝缘塑料产生静电堆积，因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料 当CNTs的管径大于6mm时，导电性能下降；当管径小于6mm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。 储氢材料 氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。 最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性炭而言，具有更大的氢气吸附能力。 催化剂载体 纳米材料比表面积大,表面原子比率大(约占总原子数的 50%),使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电子效应和表面效应。如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒 的上千倍,担载催化剂后极大提高催化剂的活性和选择性。 碳纳米管作为纳米材料家族的新成员,其特殊的结构和表面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性,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。碳纳米管一旦在催化上获得应用,可望极大提高反应的活性和选择性,产生巨大的经济效益。 储存器 由于优异的化学稳定性（C-C键，无悬空键） 因此碳纳米管具有化学惰性，经历充放电不发生化学作用。因此，数据保存在这样的一个存储器中可以