文档介绍：碳纳米管及其应用研究论文
.freela在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。进一步的分析表明,这种管完全由碳原子构成,并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴,卷曲360°而形成的无缝中空管。,所以这种结构一般被称为碳纳米管,这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体,是碳团簇领域的又一重大科研成果1。
2碳纳米管的结构
碳纳米管(T)又名巴基管,是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料。它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”,每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。根据形成条件的不同,碳纳米管存在多壁碳纳米管(MF)中,超声分散15分钟,备用。②制成电极后,用电化学方法进行活化,即将碳纳米管电极在一定溶液中(如磷酸盐缓冲溶液)于一定电位范围内循环扫描。经过活化以后,根据所用介质的不同,可以在碳管表面引入含氧、甚至含硫的基团,一般包括羟基、羰基、羧基、酚类和醌类化合物等,这些电活性基团可以催化或促进其他物质的电子传递反应。
4碳纳米管的性质
。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。当Ts的管径大于6mm时,导电性能下降;当管径小于6mm时,Ts可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。
优异的力学性质除了奇特的导电性质之外,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极形式,人们估计碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广阔。
良好的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。虽然在管轴平行方向的热交换性能很高,但在其垂直方向的热交换性能较低。纳米管的横向尺寸比多数在室温至150
℃电介质的品格振动波长大一个量级,这使得弥散的纳米管在散布声子界面的形成中是有效的,同时降低了导热性能。适当排列碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导材料。
优良的储氢性能碳纳米管的中空结构,以及较石墨()略大的层间距(),是具有更加优良的储氢性能,也成为科学家们关注的焦点。1997年,(S,消耗约31kg的氢气,以现有的油箱来推算,需要氢气储存的重量和体积能量密度达到65%和62kg/m3。这两个结果大大增加了人们对碳纳米管储氢应用前景的希望。
5 碳纳米管的应用
由于碳纳米管具有优良的电学和力学性能,被认为是复合材料的理想添加相。碳纳米管作为加强相和导电相,在纳米复合材料领域有着巨大的应用潜力。
、导电性