碳納米管簡介

1、碳納米管碳納米管 簡介簡介 在在1991年日本年日本NEC公司基礎(chǔ)公司基礎(chǔ)研究實驗室的電子顯微鏡研究實驗室的電子顯微鏡專家飯島專家飯島(Iijima)在高分辨透在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時，意外發(fā)現(xiàn)了由管分子時，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳狀的同軸納米管組成的碳分子分子,這這就是碳就是碳納米管納米管 現(xiàn)在被稱作的現(xiàn)在被稱作的“Carbon nanotube”，即碳納米管，即碳納米管,又又名巴基管名巴基管 碳納米管按照石墨烯片的層數(shù)分類可分為： 單壁碳納米管（ SWNT）多壁碳納米管（MWNT） 碳納米管依其結(jié)構(gòu)

2、特征可以分為三種類型： A:扶椅式單壁碳納米管 B:鋸齒形單壁碳納米管 C:手性單壁碳納米管 D:螺旋狀碳納米管 15 TPa，與石墨片層相當，與石墨片層相當(1.06TPa)， 比碳纖維高一個數(shù)量級，約為鋼的比碳纖維高一個數(shù)量級，約為鋼的100 倍，倍， 而密度僅為鋼的而密度僅為鋼的1/6 10150GPa，石墨片層為，石墨片層為36.5GPa，是，是 高強鋼的高強鋼的20倍倍拉伸形變至拉伸形變至40無明顯脆性行為、塑性無明顯脆性行為、塑性 形變和斷裂形變和斷裂 d 6nm 導電性明顯下降 d 6nm 優(yōu)良的導電性 d 0.7 nm 表現(xiàn)出超導性 0.05 .m 10 m.mq 1010 1

3、013 A/m2真空環(huán)境可耐溫至2800oC，空氣中700oC理論值6000W.(m.K)-1；實驗值3000W.(m.K)-1v 單根單根MWNT（直徑（直徑14nm）的熱導性測）的熱導性測試結(jié)果試結(jié)果 v 插圖為用于熱導性測試的微器件，標插圖為用于熱導性測試的微器件，標尺為尺為10m應(yīng)用前景應(yīng)用前景應(yīng)用前景應(yīng)用前景碳納米制造碳納米制造“太空電梯太空電梯”或許有一天我們會沿著超輕超強的碳納米管或許有一天我們會沿著超輕超強的碳納米管電纜，搭乘太空電梯上太空觀光旅行。電纜，搭乘太空電梯上太空觀光旅行。應(yīng)用前景應(yīng)用前景碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩碳納米管制造人造衛(wèi)星的拖繩 在航天事業(yè)中，利用碳納米管

4、制造人造衛(wèi)星的拖繩，不僅可以為衛(wèi)星供電，還可以耐受很高的溫度而不會燒毀。應(yīng)用前景應(yīng)用前景碳納米管碳納米管“蜘蛛衣蜘蛛衣” 一教授計劃用一種名為碳納米管的超細纖維來制造“蜘蛛衣”，這種材料內(nèi)部中空。由于非常微小，它具有像壁虎剛毛一樣的吸附效果。壁虎、蜘蛛的腳上長滿了細小的剛毛，能敏銳地尋找到各種固體表面的細微凹凸并吸附在上面。應(yīng)用前景應(yīng)用前景 蜘蛛蜘蛛衣衣”的吸附力取決于與固體表面接觸處的吸附力取決于與固體表面接觸處的碳納米管數(shù)量。這種材料的外部直徑只有幾的碳納米管數(shù)量。這種材料的外部直徑只有幾到幾十納米，相當于頭到幾十納米，相當于頭發(fā)絲的發(fā)絲的1/10萬，因此一萬，因此一片手掌大小的纖維中可容

5、納數(shù)十億的碳納米管，片手掌大小的纖維中可容納數(shù)十億的碳納米管，由此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的由此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的200倍。倍。把一雙用這種材料制成、手掌面積為把一雙用這種材料制成、手掌面積為200平方平方厘米的高粘力手套粘在屋頂上，可以同時吊起厘米的高粘力手套粘在屋頂上，可以同時吊起14個重量為個重量為83公斤的壯漢。公斤的壯漢。當然，要移動也很當然，要移動也很簡單，只要沿著表面稍微上下左右挪動一下，簡單，只要沿著表面稍微上下左右挪動一下，粘結(jié)處就會一點點斷開。粘結(jié)處就會一點點斷開。 這種這種高科技材料在科學方面有非常有趣的應(yīng)高科技材料在科學方面有非常有趣的應(yīng)用，像在太空中，

6、艙外作業(yè)的宇航員就可以穿用，像在太空中，艙外作業(yè)的宇航員就可以穿上這種具有吸盤粘附功能的衣服。上這種具有吸盤粘附功能的衣服。 據(jù)據(jù)估計，估計，世界世界第一套第一套“蜘蛛衣蜘蛛衣”有望在有望在2017年前問世。年前問世。應(yīng)用前景應(yīng)用前景碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧 莫斯科大學的研究人員為了弄清納米管的受壓強度，將少量納米管置于29Kpa的水壓下（相當于水下18000千米深的壓力）做實驗。不料未加到預定壓力的1/3，納米管就被壓扁了。他們馬上卸去壓力，它卻像彈簧一樣立即恢復了原來形狀。應(yīng)用：科學家得到啟發(fā)，發(fā)明了用碳納米管制成像紙一樣薄的彈簧，用作汽車或火車的減震裝置，

7、可大大減輕車輛的重量。應(yīng)用前景應(yīng)用前景 美國和巴西科學家的一項最新研美國和巴西科學家的一項最新研究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到拉究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到拉伸或壓縮時，可以表現(xiàn)出一種超乎伸或壓縮時，可以表現(xiàn)出一種超乎想象的力學性質(zhì)。這一成果有望為想象的力學性質(zhì)。這一成果有望為碳納米管帶來巨大的應(yīng)用前景，比碳納米管帶來巨大的應(yīng)用前景，比如制造人工肌肉、傳感器等。如制造人工肌肉、傳感器等。 大多數(shù)材料在朝一個方向拉伸時，大多數(shù)材料在朝一個方向拉伸時，另一個方向就會變細變窄。這種現(xiàn)另一個方向就會變細變窄。這種現(xiàn)象可以用泊松比象可以用泊松比(側(cè)向收縮比例與側(cè)向收縮比例與實際伸長比例的比值實際伸長比例的

8、比值)來定量描述。來定量描述。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的碳納米管薄層碳納米管薄層(也稱巴克紙也稱巴克紙)卻能夠卻能夠在拉伸和均勻壓縮時，長度和寬度在拉伸和均勻壓縮時，長度和寬度同時增加。也就是說這種材料具有同時增加。也就是說這種材料具有負的泊松比。負的泊松比。 碳納米管薄層碳納米管薄層具有獨特力學性質(zhì)具有獨特力學性質(zhì)應(yīng)用前景應(yīng)用前景因納米碳管既輕又強度極高，是鋼的10-100倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵御強大的子彈的沖擊力。q 與與10年前相比，碳納米管的年前相比，碳納米管的價格價格有了顯著降低，但仍顯過高，特別是用于復合

9、材料填有了顯著降低，但仍顯過高，特別是用于復合材料填 料時，與其它填料相比性價比偏高料時，與其它填料相比性價比偏高q 品質(zhì)品質(zhì)和產(chǎn)量間存在矛盾，如和產(chǎn)量間存在矛盾，如CVD技術(shù)能用來大量生產(chǎn)碳管，但所得產(chǎn)品石墨化程度技術(shù)能用來大量生產(chǎn)碳管，但所得產(chǎn)品石墨化程度 低，缺陷多，性能不盡如人意低，缺陷多，性能不盡如人意q 無論采用何種生產(chǎn)工藝，所得產(chǎn)物均為碳管與雜質(zhì)的混合物，無論采用何種生產(chǎn)工藝，所得產(chǎn)物均為碳管與雜質(zhì)的混合物，分離與提純分離與提純是必要工藝是必要工藝q 采用目前生產(chǎn)技術(shù)制備的碳納米管無一例外的都是金屬型和半導體型的混合物，合成采用目前生產(chǎn)技術(shù)制備的碳納米管無一例外的都是金屬型和半導體型的混合物，合成 選擇性選擇性較差較差q 優(yōu)化目前的優(yōu)化目前的生產(chǎn)、分離和提純工藝生產(chǎn)、分離和提純工藝同時開發(fā)新的同時開發(fā)新的合成技術(shù)合成技