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一维碳纳米材料

一维碳纳米材料是一类重要的碳纳米材料，主要包括碳纳米纤维(CNFs)、碳

纳米管(CNTs)、线形碳、碳纳米卷、碳纳米棒、碳纳米带、石墨烯纳米带和金刚

石纳米棒等。一维碳纳米材料具有优异的电学、磁学和光学性质，在电子器件、

传感器、场发射和环境保护等领域有着广阔的应用前景。一维碳纳米材料的结构

和形貌与其性质和应用价值密切相关，所以总结和归纳一维碳纳米材料的制备、

结构和形貌以及潜在的应用价值研究可为制备新型一维碳纳米材料奠定一定的

理论基础。本文综述了一维碳纳米材料的制备、结构和形貌以及应用研究进展，

探讨了该研究领域需要解决的问题以及今后的发展前景。

1.一维碳纳米材料的研究进展

1.1碳纳米纤维

碳纳米纤维的物理和化学性质优异，比表面积大，机械强度高，导电性能可

与石墨媲美。目前对CNFs的研究集中在寻找制备高质低价的CNFs的方法上。其

制备方法包括电弧放电法、火焰法、化学气相沉积(CCVD)法、流化床法等。

Pacheco-Soteto等使用Ni-Y为催化剂，He-CH为反应气氛，采用电弧放电

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法制得CNFs。该CNFs表面没有无定型碳包裹，平均直径为80nm。Mon等在

CO/Ar/O气氛下，采用等离子体增强CVD法，在负载有Fe催化剂的玻璃和CaF，

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基底上沉积制得CNFs。研究表明，在O/CO为7/1000以及180℃的条件下可以

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制得排列整齐的CNFs。该CNFs含有含氧官能团，生长率为4nm/s-6nm/s.

1.2碳纳米管

碳纳米管可以看作是由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级圆柱体，两

端由富勒烯半球封帽而成。制备CNTs的方法主要有电弧放电法、CVD法、激光

蒸发法、模板法以及溶剂热法等。在研究CNTs制备的过程中，研究人员制备出

许多形貌不同于常规圆筒状的CNTs，如螺旋型、分叉型、棱柱型、异质结构型、

变化管腔型、喇叭型、竹节型、试管型和管中管型CNTs等。

1.3线型碳

线型碳是1968年在自然界中发现的一种碳的同素异形体，银白色结晶薄膜，

六方晶系。人工制得的线型碳多为黑色的无定形态。线型碳有a-和β-卡拜两种

形式。大量的理论计算和实验表明，线型碳在生成时具有不同的晶体定向阶段，

从而使其结构不是想象的直线型，而是折线型。碳单质在气态时存在形式是线型

的，只是沉积时才发生了变化，形成石墨或金刚石。若选择适当的条件使其沉积

时构型不发生变化，就可制得线型碳。线型碳的制备方法包括激光蒸发法、离子

溅射法、冲击波法和电弧放电法等。

Lagou等采用激光蒸发法，使用高能脉冲激光使石墨汽化，然后使之在冷基

面上凝聚而制得线型碳。激光激发得到的碳蒸气通入到乙腈和六氟乙烷溶液中，

制得含有150个共骊单元的a-线型碳。0gata等使用C0为原料，采用电弧放电

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法制得线形碳。Yasuda等对电解池制备线型碳进行了深入的研究。其电解池构

+

成为，阳极是具有活性的金属Mg，阴极是不锈钢。Mg将会首先转变为Mg。然后

+

Mg作为还原剂参与电化学反应。液体电解质是30ml四氢呋喃、0.8gLiCl和0.

48gFeCl的混合溶液。得到的产物是丝状的线型碳。

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1.4碳纳米卷

碳纳米卷的卷层方式有单层和多层两种，截面为圆形或多边形。主要制备

方法有球磨法和插层法。

Li等使用石墨为原料，采用球磨法制得碳纳米卷。表征结果表明，卷曲的

石墨片层厚度在10nm-50nm之间，产物中除碳元素外不含有其它元素。Shioyam

a等先将插层物钾插入到高定向热解石墨的片层中，然