碳纳米管(CNTs)及其制备技术综述
碳纳米管的制备技术与应用
碳纳米管的制备技术与应用碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是一种以碳元素为原材料制备的一维纳米材料，由于其具有良好的力学性能、电学特性以及化学稳定性等特点，已经成为当今研究领域中最为热门的材料之一。
本文将介绍碳纳米管的制备技术以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术可以分为两种类型：单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotubes，SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs）。
1. SWCNTs的制备技术SWCNTs是由单个碳原子组成的圆柱形分子，其直径只有1纳米左右，是碳纳米管中最小的一种。
目前SWCNTs的制备技术主要有以下几种：(1) 弧放电法：将石墨电极在惰性气体氛围下通电，随着通电时间的延长，在电极表面就会形成一个由碳原子组成的弧，此时就会产生SWCNTs。
(2) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生SWCNTs。
(3) 气味解法：将金属铝、镁等材料和碳合成物物质放入高温的石墨炉中加热，从而产生SWCNTs。
2. MWCNTs的制备技术MWCNTs是由许多个碳单层环形结构套在一起形成的管状结构，由于其具有较高的机械强度和导电性能，因此在材料科学等领域有着广泛的应用。
其制备主要有以下几种方式：(1) 化学气相沉积法：将碳源放入通有气源的高温管道中，在特定的条件下产生MWCNTs。
(2) 电磁纺丝法：将金属铜制成细丝，并加热到一定温度，然后向铜丝上喷射石墨或其它碳源，从而产生MWCNTs。
(3) 化学还原法：将单壁和多壁碳纳米管分散在水溶液中，然后将还原剂缓慢加入到溶液中，之后用超离心机或过滤器将沉淀的MWCNTs分离出来。
二、碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管因其高催化性能、热稳定性及导电性能等优异特点，将在材料科学领域中得到广泛的应用。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和热导率，因此在材料科学、纳米技术、能源存储等领域有着重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
2. 弧放电法（Arc Discharge）。
弧放电法是一种较为简单的碳纳米管制备方法，通过在高温下将碳源（如石墨）和金属催化剂（如铁、钴、镍等）放电，产生高温等离子体，从而在合成碳纳米管。
弧放电法制备的碳纳米管质量较高，但是产率较低，且需要严格控制反应条件。
3. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
4. 气相凝结法（Gas-phase Condensation）。
气相凝结法是一种通过在高温下将碳源气体（如甲烷、乙烯等）在惰性气体氛围中加热，然后通过快速冷却的方法制备碳纳米管。
在气相凝结法中，碳原子在高温下先形成团簇，然后在快速冷却的条件下形成碳纳米管。
这种方法制备的碳纳米管产率较高，但是质量相对较低。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）。
碳纳米管的合成和应用
碳纳米管的合成和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。
本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。
一、碳纳米管的合成方法碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现，并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。
该方法是通过电弧放电在高温下制备，得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。
随后，人们发现在碳纳米管形成的高温条件下，化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。
通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。
此外，离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用需求选择合适的方法。
二、碳纳米管的结构特征碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。
SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管，直径在1-2nm左右；MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的，直径在10-30nm左右。
SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。
SWNTs具有高比表面积和高机械性能，同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。
MWNTs的壁层数越多，直径越大，内壁和外壁之间的距离也越大。
MWNTs的直径越大，其比表面积也越小，但其机械性能就越强。
MWNTs和SWNTs相比，其电导率、热导率和力学性能都要略低。
同时，MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理，应用更为广泛。
除了单壁和多壁两种结构外，根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型，如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。
碳纳米管的制备和表征研究
碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。
本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。
3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。
以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。
二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。
2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。
3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。
4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。
5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。
以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。
碳纳米管复合材料研究进展
碳纳米管复合材料研究进展碳纳米管（Carbon nanotubes，CNTs）是由碳原子构成的长管状结构，直径在纳米级别范围内，具有优异的力学性质、电学性质和热学性质等特性。
碳纳米管的应用极其广泛，涉及到材料、化学、电子、生物和医学等领域。
在材料领域，由碳纳米管复合材料制成的材料在机器人、汽车、飞机、结构材料等方面具有广泛的应用前景。
本文将就碳纳米管复合材料研究进展，从制备、性质及其应用等方面进行论述。
一、制备方法碳纳米管复合材料的制备方法有许多种，包括机械法、溶液法、气相法、离子液体法等。
其中机械法制备的碳纳米管复合材料具有制备工艺简便、低成本、易扩展等优点，但是因为机械法的制备方式较为粗糙，可能会导致制备的复合材料的性能不佳。
离子液体法制备的碳纳米管复合材料具有制备工艺简便、成品纯度高等优势，但是由于离子液体具有较大的粘度，可能限制了碳纳米管的扩散，并形成束缚作用，从而影响复合材料的性能。
相比之下，气相法制备的碳纳米管具有制备工艺简单、制备效率高、碳纳米管纯度高等优势，但是气相法制备的碳纳米管需要高分辨率的仪器进行纯化处理，且气相法制备出的碳纳米管质量与管径分布不均匀。
二、材料性质碳纳米管复合材料具有优异的力学性质、电学性质和热学性质等。
碳纳米管复合材料的力学性能优于传统材料，其拉伸强度达到多千兆帕，弹性模量达到10万吨/立方厘米以上。
电学性质方面，碳纳米管的宽禁带结构使其表现出了金属和半导体的一些性质。
电学性质的优异性可用于电子器件的开发。
热学性质方面，碳纳米管的热传导性能突出，热扩散系数高达4000至6000W/mK左右，是金属的数倍。
然而，碳纳米管在制备和应用时也存在一些问题。
由于碳纳米管的外壳和内腔具有不同的物理结构，也导致了其结构多样化的特性。
复合材料内的碳纳米管方向性效应的强弱决定了复合材料的最终性能，因此研究碳纳米管在复合材料中的应用及取向问题至关重要。
同时，单根碳纳米管的直径和长度均较小，因此用于制备纳米复合材料时需要用到大量碳纳米管，制备过程的成本较高。
碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜制备方法引言：碳纳米管（Carbon nanotubes，简称CNTs）是一种具有优异性能的纳米材料，具有高强度、高导电性、高导热性等特点，在材料科学、电子学、能源储存等领域具有广泛应用前景。
而碳纳米管膜作为碳纳米管的一种重要形态，其制备方法的研究对于碳纳米管膜的应用和性能提升具有重要意义。
一、溶液旋涂法溶液旋涂法是一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过将碳纳米管分散在溶液中，然后将溶液均匀涂覆在基底上，最后通过旋涂的方式将溶液均匀分布在基底表面，形成碳纳米管膜。
溶液旋涂法的具体步骤如下：1. 准备碳纳米管溶液：将碳纳米管分散在溶剂中，并加入适量的表面活性剂以提高分散性。
2. 准备基底：选取适合的基底材料，如硅片、玻璃等，并进行表面处理，以提高溶液涂布的均匀性。
3. 涂布溶液：将碳纳米管溶液倒在基底上，确保溶液均匀涂布在基底表面。
4. 旋涂过程：将基底放置在旋涂仪上，通过旋转基底使溶液均匀分布在基底表面，并控制旋转速度和时间，以控制膜的厚度和均匀性。
5. 干燥处理：将旋涂后的基底进行干燥处理，通常采用烘箱干燥或真空干燥的方式，以去除溶剂和表面活性剂。
溶液旋涂法制备的碳纳米管膜具有较高的制备效率和较好的均匀性，但其制备过程中需要控制旋涂参数，以得到所需的膜厚和均匀性。
二、化学气相沉积法化学气相沉积法是另一种常用的碳纳米管膜制备方法。
该方法通过在适当的基底上，利用化学反应在气相中生长碳纳米管，并使其沉积在基底上形成膜状结构。
化学气相沉积法的具体步骤如下：1. 准备基底：选取适合的基底材料，并进行表面处理，以提高碳纳米管的生长和沉积效果。
2. 反应装置：设置适当的反应装置，包括热源、载气、反应室等，以控制反应条件。
3. 反应条件：通过调节反应温度、气体流量、反应时间等参数，控制碳纳米管的生长和沉积过程。
4. 沉积过程：将基底放置在反应室中，通入适当的气体，进行碳纳米管的生长和沉积。
5. 冷却处理：在碳纳米管生长和沉积完成后，将基底从反应室取出，进行冷却处理，以固定碳纳米管膜的结构。
碳纳米管的制备与应用
碳纳米管的制备与应用碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳元素构成的纳米材料，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于多个领域，如电子学、材料科学、能源储存等。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备方法1. 弧放电法：通过在一个单位大气压下的两个碳电极之间施加高电流和高电压，利用碳电极表面产生的高温和高热量，从而在电极上形成弧光放电，使得碳纳米管得以制备。
2. 化学气相沉积法：将碳源（如甲烷、乙腈等）和催化剂（如金属镍、铁等）同时输入到高温反应室中，通过热裂解反应，使碳源气体分解并在催化剂表面形成碳原子，最终形成碳纳米管。
3. 化学液相沉积法：将碳源和催化剂溶解在有机溶剂中，通过调节反应条件（如温度、反应时间等），使碳源中的碳原子在催化剂的作用下结晶生长为碳纳米管。
二、碳纳米管的应用领域1. 电子学：碳纳米管因其优异的电子输运性能被广泛应用于电子元件的制备。
其具有高电导率、高载流子迁移率和优异的机械强度，可用于制造高性能的场效应晶体管（FET）、集成电路、柔性电子等。
2. 材料科学：碳纳米管可以作为增强剂添加到金属基体中，提高材料的力学性能。
此外，碳纳米管还可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的吸附材料，广泛应用于气体吸附、催化剂载体等领域。
3. 能源储存：碳纳米管作为超级电容器材料具有高比电容和长循环寿命，可广泛应用于储能装置和电动车辆中。
此外，碳纳米管还可以用于锂离子电池电极材料的改性，提高电池的能量密度和循环寿命。
4. 生物医学：碳纳米管因其良好的生物相容性和荧光性能，在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管可以用作药物传递载体，通过改变管壁上的功能基团，实现对药物的控制释放；同时，其荧光性质还可用于生物分子探测和光热治疗等。
总结起来，碳纳米管作为一种新型纳米材料，在电子学、材料科学、能源储存和生物医学等领域具有广泛应用前景。
碳纳米管cvd制备的方法
碳纳米管cvd制备的方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是由碳原子通过特定方法形成的一种纳米级管状结构材料，具有优异的电子、热传导和力学性能，因此被广泛应用于电子、能源、材料等领域。
碳纳米管的制备方法有多种，其中化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）是一种常用且有效的方法。
CVD方法是利用气相前驱体在高温条件下分解并沉积在衬底上，从而形成碳纳米管的过程。
具体而言，CVD制备碳纳米管的过程包括前驱体气体供应、催化剂沉积、碳源分解和碳纳米管生长四个主要步骤。
选择合适的前驱体气体。
通常使用的前驱体气体包括烃类（如甲烷、乙烷等）和芳香烃（如苯、乙苯等）。
这些气体在高温下分解后能够提供碳源，从而形成碳纳米管。
通过催化剂沉积在衬底上。
常用的催化剂包括铁、镍、钴等金属，它们能够提供活性位点，促进碳源分解并形成碳纳米管。
催化剂通常以金属薄膜或纳米颗粒的形式存在于衬底上。
然后，碳源分解。
将前驱体气体引入反应室，并通过加热使其分解。
在催化剂的作用下，碳源分解生成碳原子，然后这些碳原子在催化剂表面扩散，最终沉积形成碳纳米管。
碳纳米管的生长。
碳原子在催化剂表面扩散后，会形成碳纳米管的结构，并延长生长。
碳纳米管的生长方向与催化剂表面的晶格结构有关，通常呈现出沿着某个方向（例如[001]方向）生长的趋势。
CVD方法制备碳纳米管具有以下优点：一是制备过程相对简单且易于控制，可以实现大面积、高产量的碳纳米管生长；二是可以在不同衬底上进行制备，如金属、氧化物等材料表面均可；三是可以通过调节实验条件和前驱体气体组成来控制碳纳米管的直径、长度和形貌，从而满足不同应用的需求。
然而，CVD方法也存在一些挑战和限制。
一是催化剂的选择和控制对碳纳米管生长具有重要影响，因此需要深入研究和优化；二是碳纳米管的生长机制还不完全清楚，需要进一步研究和理解；三是CVD方法在大规模制备碳纳米管上的成本较高，需要进一步降低制备成本。
碳纳米管的制备
碳纳米管的制备碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，广泛应用于电子器件、储能材料、传感器等领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法及其原理。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法和碳化合物热解法等。
下面将对其中的几种常用方法进行详细介绍。
1.化学气相沉积法化学气相沉积法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一。
其原理是在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管，使之在催化剂表面发生化学反应，生成碳纳米管。
该方法具有制备工艺简单、成本较低等优点。
2.电弧放电法电弧放电法是一种较早被发现的碳纳米管制备方法。
其原理是在高温下，通过电弧放电使碳源蒸发，生成碳烟，进而形成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但成本较高，且产量较低。
3.激光烧蚀法激光烧蚀法是利用激光脉冲对含有碳源的固体进行瞬时加热，使之发生爆炸和蒸发，生成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管结构较好，但对设备要求较高，且产量较低。
4.碳化合物热解法碳化合物热解法是一种将碳源与金属催化剂一起加热至高温，使碳源在催化剂表面发生热解反应生成碳纳米管的方法。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但对设备要求较高，且成本较高。
二、碳纳米管的制备原理无论是哪种制备方法，碳纳米管的制备都基于碳原子的重新排列和堆积。
以化学气相沉积法为例，其制备原理如下：在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管。
在催化剂表面，碳源分解生成碳原子，并在催化剂的作用下重新排列和堆积，形成碳纳米管的结构。
催化剂在碳纳米管的形成过程中起到了关键的作用。
一方面，催化剂可以提供活性位点，促使碳原子的重新排列和堆积；另一方面，催化剂还可以调控碳纳米管的直径和结构。
制备碳纳米管的温度也是一个重要的参数。
温度过高会导致碳纳米管的生长速度过快，从而影响其结构和质量；温度过低则会降低碳纳米管的生长速度。
除了制备方法和制备温度，碳源的选择也会对碳纳米管的结构和性能产生影响。
碳纳米管(CNTs)
碳纳米管（CNTs）班级：材料化学班姓名：唐建学号：20110513427摘要：1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。
从此便引发了碳纳米管研究的热潮和近十几年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。
本文主要分为两部分：1、对纳米材料及碳纳米管的相关知识进行介绍2、于应用层次，讨论纳米材料及碳纳米管的应用前景关键字：纳米材料概述碳纳米管热点及应用1、引言生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。
生物科学技术中对基因的认识，产生了转基因生物技术，可以治疗顽症，也可以创造出自然界不存在的生物；信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事，因特网几乎可以改变人们的生活方式。
而纳米科学技术作为二十一世纪的主导产业，又将给人们带来怎样天翻地覆的改变呢？……2、理论知识2.1 纳米材料概述纳米材料:指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。
从材料的结构单元层次来说，它处于宏观物质和微观原子、分子之间的介观领域。
在纳米材料中，界面原子占极大比例，而且原子排列互不相同，界面周围的晶格结构互不相关，从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。
纳米科学技术：研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内，原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问；同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。
2.2 纳米材料的特性2.2.1纳米材料的体积效应体积效应中的典型例子是久保理论。
其是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。
该理论把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态，并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级，并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为:δ=4EF/3N ∞V-1 ∞1/d3（其中N为一个金属纳米粒子的总导电电子数，V为纳米粒子的体积；EF为费米能级）。
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碳纳米管（CNTs）及其制备技术1.概述1991年，Iijima在石墨电弧放电产物中发现了碳纳米管（CNTs），从此碳纳米管成为碳家族的一个新成员。
CNTs是纳米科学的一颗耀眼明珠，其独特的结构、优良的物理和化学性能、巨大的应用前景吸引了大批的物理学家、化学家和材料学家的兴趣，成为科学领域的研究热点。
尤其是单壁碳纳米管的发现和研究被科学界权威杂志《Science》评为1997年世界十大科技成果之一。
2.碳纳米管的结构和性能2.1碳纳米管的结构碳纳米管是由多个碳原子六方点阵的同轴圆柱面套构而成的空心小管，相临的同轴圆柱面之间的距离与石墨的层间距相当，约为0.34nm，管壁由六边形排列的碳原子组成，每个碳与周围的三个碳原子相邻，碳/碳间通过sp2杂化键结合。
管的直径为零点几纳米到几十纳米，管的长度为微米级。
管的直径和长度随不同的制备方法及条件的变化而不同。
管的端部由五边形排列的碳原子封顶。
碳纳米管绝大多数两端是封闭的，并且这种封闭与碳纳米管圆管平滑连接，较小直径的碳纳米管的封闭形式一般呈半圆状，这对应于半个富勒烯（Fullerence）笼。
依据组成碳纳米管的石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁碳纳米管即含一层石墨片的碳纳米管以及由一层以上石墨片组成的多壁碳纳米管。
碳纳米管结构示意图如图1所示。
图1 碳纳米管结构示意图（a）四层碳纳米管结构（b）单层碳纳米管结构2.2碳纳米管的性能碳纳米管具有独特的电子结构和物理化学性质，可以在许多方面得到广泛的应用。
碳纳米管的直径-长度比很大，一般情况下，长度都是直径的几千倍，远远大于普通的纤维材料；它的强度比钢高约100倍，而重量仅仅为钢材料的六分之一，有可能成为一种新型的高强度碳纤维材料。
这种“超级碳纤维”材料既具有碳素材料的固有本性，又具有金属材料的导电性、导热性，陶瓷材料的耐热和耐腐蚀性，纺织纤维的可编织性以及高分子材料的轻质、易于加工性，因而具有极大的应用潜力。
由于碳纳米管具有纳米尺度的尖端曲率半径，在相对比较低的电压下就能够发射大量的电子，因此，碳纳米管材料能够呈现出良好的场致发射特性，非常适合于用作各种场致发射器件的阴极，其中包括了场致发射平板显示器以及微波功率放大器和纳米肖特基二极管在内的众多电子器件。
碳纳米管这些特性引起了诸多学者的关注并开展了广泛的研究，使其在许多方面显示出重要的应用前景，尤其是在场致发射显示器方面更为明显，并在最近的一段时间内取得了极大的进展。
场致发射显示器是一种新兴的器件，它将阴极射线管（CRT）的高清晰度图像质量，液晶显示器的薄度以及电致荧光显示器件的牢固性等优点集于一身，从而成为最有希望的大屏幕高清晰度显示器件。
场致发射平板显示器，因其结构的薄型化，并具有高清晰度、低能耗、高稳定性和大平面显示的特点，一直是纳米电子学领域研究的热点。
3.碳纳米管的制备3.1．传统制备技术高纯度和高产率碳纳米管的制备是碳纳米管研究的一个重点，目前大量的碳纳米管的传统制备方法主要采用电弧放电法、化学气相沉积法（又称催化裂解法）及激光蒸发法来制备。
3.1.1 电弧放电法电弧放电法是最早用于制备碳纳米管的方法，也是最主要的方法之一。
其原理为石墨电极在电弧产生的高温下蒸发，在阴极沉积出纳米管。
传统的电弧法是在真空的反应容器中充以一定量的惰性气体，在放电过程中，阳极石墨棒不断消耗，同时在阴极石墨电极上沉积出含有碳纳米管的结疤。
制备装置示意图如图2所示。
电弧放电的设备主要由电源、石墨电极、真空设备和冷却系统。
阴极采用厚度为10mm、直径为30mm的高纯高致密的石墨片，阳极采用直径为6mm的石墨棒。
为了有效地合成CNTs，需要在阴极上掺入催化剂，有时还须配有激光蒸发。
在电弧放电过程中反应室内温度可达到3000℃一3700℃，生成的CNTs高度石墨化，接近或达到理论预想的性能。
图2 电弧放电法制备碳纳米管装置示意图电弧法具有简单快速的特点，而且制得的碳纳米管管直，结晶度高。
但该法所产生的碳纳米管缺陷较多，且碳纳米管烧结成束，束中还存在很多非晶碳杂质。
究其原因是电弧温度高达3000℃一3700℃，形成的碳纳米管被烧结于一体，造成较多的缺陷。
但在化学气相沉积法发现前电弧放电法仍是合成碳纳米管的主要方法。
3.2.2 化学气相沉积法其基本原理为含有碳源的气体（或蒸气）流经催化剂表面时分解，在有催化剂一侧生成碳纳米管。
典型的化学气相沉积装置如图3所示。
在CNTs的催化合成过程中，选择合适的催化剂十分关键。
研究表明：载体的选择、催化剂的制备温度和反应气体种类及流量对CNTs的生长有较大影响，常用的催化剂有过渡族金属元素铁、钴、镍及其化合物等。
图3 化学气相沉积法制备碳纳米管的装置示意图用CVD方法制备CNTs，催化剂载体的制备对于所获得的CNTs的结构形态是非常重要的。
载体的重要性在于使金属颗粒能更好地分散，减小金属颗粒的粒度，增大其活性；同时载体中较小的孔隙加大了碳蒸气的饱和蒸气压，促进了碳蒸气的凝固，有利于达到CNTs生长所需的碳浓度，减慢CNTs的封口。
研究表明，表面积大、孔隙率高、超低密度材料的基体有利于获得高质量的CNTs。
化学气相沉积法具有成本低、产量大、试验条件易于控制等优点，适于工业大批量生产，而且通过控制催化剂的模式，制备出了定向阵列的CNTs，引起了人们极大的研究热情。
但该制备方法的缺点是催化剂粒子在高温下有聚集的趋势，CNTs存在较多的结晶缺陷，管径不均匀，容易发生弯曲变形，石墨化程度较差。
这会影响到CNTs的力学性能和物理性能，因此必须采取一些措施：如采用表面活化剂，调整催化剂及合成条件。
对制备的CNTs采取一定的后处理等。
3.2.3 激光蒸发法激光蒸发法是一种简单有效的制备CNTs的新方法。
图4为用激光蒸发法制备单层CNTs的基本原理示意图。
其基本原理为用高能量密度激光照射置于真空腔体中的靶体表面，将碳原子或原子集团激发出靶的表面，在载体气体中这些原子或原子集团相互碰撞而形成CNTs。
该方法中：CNTs的生长主要受到激光强度，生长腔的压强以及气体流速等因素的影响。
图4 激光蒸发法制备碳纳米管原理图激光蒸发法虽然具有一定的普适性，能够制得高产率的SWNTs，但该方法限于设备原因，制备的规模不能很大。
另外高温下生成的杂质多，对以后的分离提纯不利，所以近年来研究不多。
3.2其他制备技术3.2.1太阳能法太阳能法的原理与激光蒸发法相似，它是将阳光聚焦于含有石墨粉和金属催化剂粉末的靶材上，最高温度可以达到3000K，蒸发的碳蒸气在低温区沉积，生成CNTs。
此方法虽然经济易行。
但由于太阳能反应炉功率低，生产率低，所以没有大规模应用。
3.2.2火焰法通过燃烧低压碳氢气体可得到宏观量的C60/C70等富勒碳，同时也发现了CNTs及其他纳米结构。
该方法基本以本身释放出来的热量加热，减少了能源的消耗，但对火焰法中纳米结构的生长机理目前还设有很明确的解释。
3.2.3增强等离子体热流体化学蒸气分解沉积法通过等频磁控管喷镀法将金属镍涂敷在玻璃上，厚度为40nm，以乙炔气体作为碳源，同时以氨气作为催化剂，在939K下，通过等离子体热流体化学蒸气分解沉积法(又称PE-HF-CVD法)，制备出了在镀有镍层的玻璃上整齐排列的由多根CNTs组成的管束，其直径和长度分别为20～40nm和0.1-50nm。
通过考查镍膜在CNTs形成过程中所起的催化作用以及镍膜的厚度与管束直径的关系发现，镍膜越厚，管束的直径越大。
3.2.4等离子体法用等离子体喷射分解沉积法，将苯蒸气通过等离子体分解后产生的碳原子簇沉积于水冷铜板上，得到长度达200微米的CNTs。
在该方法中多壁CNTs的生长按外延生长模式进行，其生长速率为0.1nm/s，但此方法设备复杂，造价昂贵。
3.2.5水热法水热法是Qian等研究出的一种新的制备CNTs的方法，它是将一定量的原料置于高压中，在573K反应得到多壁管及少量的单壁管。
该方法的主要特点是大大降低了制备CNTs的反应温度。
3.2.6超临界流体技术Motiei等报道了采用超临界CO2与金属镁反应制备CNTs，将一定量的超临界CO2和金属镁置于封闭的反应器中，在1273K下加热3h，得到的产物主要有CNTs、富勒烯及氧化镁。
而超临CO2化学反应法则打破了CNTs的生长需用过渡金属作催化剂这一普遍观点。
3.2.7固相复分解反应制备法固相复分解反应制备法是以氯化钴作催化剂，卤代烷和乙炔锂之间发生固相复分解反应来制备CNTs。
该方法优点是设备简单、源丰富、能耗低、产品分离提纯容易。
除上述简单介绍的几种新型制备方法外。
人们还尝试了许多其他的方法，如水中电弧法、气相反应法、电解法、原位催化法、球磨法、微孔模板法和本体聚合物合成法等。
4.碳纳米管的应用碳纳米管的优异机械性能使其可作为金属表面上的复合层，从而获得超强的耐磨性和自润滑性，其耐磨性比轴承钢高100倍，摩擦系数为0.06-0.1，且还发现该复合镀层还具有高的热稳定性和耐腐蚀性等性能。
用碳纳米管装饰的针尖观察到了原子缝底的情况，将其用于生物分子的研究，解决了许多STM针尖无法解决的问题，提高了分辨率。
利用碳纳米管的高耐腐性，还可制造刀具和模具等，这不仅提高了产品的耐磨性，还提高了产品期限。
在化学工业方面，碳纳米管具有更加宽广的应用空间。
由于它具有良好的嵌锂稳定性和较好的嵌锂容量，作为锂离子电池的电极材料，能够使电池寿命长，充放电性能好。
CNTs具备耐酸碱、耐高温的能力，而且可以生物化，成为可溶性物质。
由于其具有较好机械强度和优异电性，因此可用于制备复合材料、传感材料和人工肌肉。
CNT还可用作场效应三极管，场发射电子源及分子开关等，碳纳米管具有较大的比表面积，是理想的催氢材料、催化载体和吸波材料。
5.结语以上所描述的几种碳纳米管的制备方法，很难对它们的结果做一直接比较。
用电弧放电法可同时制备单壁和多壁碳纳米管，但管壁经常有非晶碳包覆，而且有金属粒子存在。
激光蒸发法碳纳米管的产率较高，较纯净，很少发现有非晶碳包裹层。
化学气相沉积法简单，容易重复，极有可能提高碳纳米管的产率，但制备出的碳纳米管直径分布较大。
总而言之，所有上述方法都需改进，若能探索出一种成本低、产量高、纯度好、结构均匀、生长可控且石墨化程度高的制备方法，对其研究和应用将具有十分重要意义。
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