文档介绍：碳纳米管及其应用
主要内容:
碳纳米管的发现
碳纳米管结构
碳纳米管结构的表征
碳纳米管的生产方法
独特性质
应用前景
碳纳米管的发现
C60及富勒烯化合物
1985年英国Sussex大学的Kroto教授
和美国Slice大学的Smalley教授发现
Ts)
1991年,日本科学家饭岛(Iijima)发现,在《Nature》发表
文章公布了他的发现成果,这是碳的又一同素异型体。
1)按形态分
普通封口型
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
其他异型
2)按手性分
通常依照n ,m 的相对关系,将单壁碳纳米管分为 achiral 和chiral 两个基本类型。
Achiral 型又分为zigzag (锯齿型)和armchair(扶手椅型) 两类。当n 和m 其中之一为0 时,为zigzag 型;当n=m 时为armchair 型;其它所有情况都称为chiral 型( 手性管)。
Armchair
(n,m)=(5,5)
Zigzag
(n,m)=(9,0)
3) 按照石墨烯片的层数,可分为:
单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes, SWNTs): 由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别为 ~3nm和1~50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。
2) 多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs): 含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。其层数从2~50不等,±,与石墨层间距()相当。多壁管的典型直径和长度分别为2~~50μm。
扫描隧道显微镜
X射线衍射
孔结构及比表面积
电子衍射
拉曼光谱
:
石墨电弧法
浮动催化法
(即碳氢化合物催化分解法,又称CVD法)
激光蒸汽法
燃烧火焰法
基本原理: 电弧室充惰性气体保护,两石墨棒电极靠近,拉起电弧,再拉开,以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高,所以阳极石墨棒不断被消耗,同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。
理想的工艺条件:氦气为载气,气压 60—50Pa,电流60A~100A,电压19V~25 V,电极间距1 mm~4mm,产率50%。Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
石墨电弧法
燃烧火焰法
利用液体(乙醇、甲醇等)、气体(乙炔、乙烯、甲烷等)和固体(煤炭、木炭)等产生火焰分解其碳-氢化合物获得游历碳原子,为合成碳纳米管提供碳源;然后将基板材料做适当处理,最后将基板的一面向下,面向火焰放入火焰中,燃烧一段时间后取出。基板上的棕褐(黑)色既是碳纳米管或碳纳米纤维。
产生碳纳米管或碳纳米纤维的过程主要决定于基板的性质。基板的选择和处理、燃料的选择等是本方法的关键技术。
优点有:合成过程无需真空、保护气氛;无需催化剂;可以在大的表面上合成,特别适合于在一个平面上形成一层均匀的碳纳米管或碳纳米纤维薄膜; 成本较低,对环境的污染也非常小。可以实现大批量合成。