石墨烯、碳纳米管总结
碳纳米管简介
3）激光蒸发法. 这种方法是制备单壁纳米碳管的一种有效 方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺 有Fe、Co、Ni或其他合金的碳靶制备单壁纳 米碳管。用这种CO2激光蒸发法，在室温下 就可以得到单壁碳纳米管。
缺点： 单壁碳纳米管的纯度较低、易粘 结。
5.碳纳米管的独特性质
1)力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍 ,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一 个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比 方面，这种纤维是最理想的。
2) 电学性能 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CNTs（碳纳米管 ）的管径大于6mm时， 导电性能下降；当管径小于6mm时，CNTs 可以被看成具有良好导电性能的一维量子 导线。
3) 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。适当排列 碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导 材料。
4) 储氢性能 1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管 (SWNT)的储氢性能做了研究，SWNT在0℃时 ,储氢量达到了5%。 DeLuchi指出:一辆燃料机车行驶500km,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。
3.碳纳米管的分类
1)按形态分
普通封口型
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
2)按手性分
扶手椅型
锯齿型
碳纳米管和石墨烯简介
碳纳米管的应用
纳米金属催化剂 载体,利用碳纳米管的 高比表面及良好的吸 氢能力，成功制备了 负载 Pt纳米粒子的高 效加 氢催化剂。
碳纳米管的应用
无碳纳米管（左）和有碳纳米管（右） 情况下的大肠杆菌对比照片 一项最新研究表明，单壁碳纳米管能够严重破坏大 肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将其杀灭。将有助于解 决细菌抗药性这一日益突现的问题。
石墨烯的应用
超级电容器：
超级电容器是一个高效储存和传递 能量的体系，它具有功率密度大，容量 大，使用寿命长，经济环保等优点，被 广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯 拥有高的比表面积和高的电导率，不像 多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使 它成为最有潜力的电极材料。以石墨烯 为电极材料制备的超级电容器功率密度 为10kW／kg，能量密度为28．5Wh ／kg，最大比电容为205F／g，而且 经过1200次循环充放电测试后还保留 90％的比电容，拥有较长的循环寿命。 石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受 到更多的研究者关注。
A brief introduction of
应化0902
张一恒
碳纳米管
碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室 的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产 的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳 原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成 由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳 原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳 纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁 碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有 纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽， 碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数 百微米。 碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
碳纳米管;石墨烯;及碳纳米管-石墨烯复合材料
目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................................. I I 1 石墨烯. (1)1.1 石墨烯简介 (1)1.2 石墨烯的结构和性质 (2)1.2.1 石墨烯的结构 (2)1.2.2 石墨烯的性质 (4)1.3 石墨烯的表征 (5)1.4 石墨烯的主要制备方法 (6)2 碳纳米管 (8)2.1 碳纳米管的发现及发展历程 (8)2.2 碳纳米管的结构和分类 (9)2.2.1碳纳米管的结构 (9)2.2.2碳纳米管的分类 (11)2.3 碳纳米管的生长机理 (12)2.3.1 顶部生长机理 (12)2.3.2 底部生长机理 (13)2.4 碳纳米管的性能 (14)2.4.1 碳纳米管的力学性能 (14)2.4.2 热学性能 (14)2.4.3 碳纳米管的电学性能 (15)2.4.4 光学性能 (16)2.5碳纳米管的制备 (16)2.5.1 电弧放电法 (16)2.5.2 激光蒸发法 (17)2.5.3 化学气相沉积法 (18)2.6.碳纳米管的预处理 (19)2.6.1 碳纳米管的纯化 (19)2.6.2 碳纳米管的分散 (19)2.6.3碳纳米管的活化 (20)2.7碳纳米管的应用 (20)2.7.1 在电磁学与器件方面 (20)2.7.2 在信息科学方面 (21)2.7.3 储氢方面 (21)2.7.4 制造纳米材料方面 (21)2.7.5 催化方面 (22)2.8 存在问题及发展方向 (22)3碳纳米管/石墨烯复合材料 (22)3.1 从碳纳米管、石墨稀到碳纳米管/石墨稀复合材料发展历程 (22)3.2 碳纳米管/石墨烯复合材料结构 (23)3.3碳纳米管/石墨稀复合材料的制备 (24)3.3.1电化学序列自组装沉积法 (24)3.3.2 CVD法 (25)3.4 碳纳米管/石墨烯复合材料研究进展 (25)4结论 (28)5 参考文献 (28)摘要自从2004年发现石墨烯以来，由于其和二维结构相关的优异性能，石墨烯很快就成为材料科学和凝聚态物理研究的热点课题。
新型碳材料的研究进展
新型碳材料的研究进展随着人们对环境保护的重视和对新能源材料需求的不断增长，碳材料在科学研究和工业应用中扮演着极为重要的角色。
新型碳材料是碳材料领域中备受关注的研究方向，新型碳材料的研究进展在近年来得到了大力推动和加速。
本文将概述新型碳材料的分类及其研究进展，同时简要介绍新型碳材料的应用前景。
一、新型碳材料的分类新型碳材料的分类可以从不同角度进行。
从碳材料的形态出发，新型碳材料可以分为两类：一类是二维新型碳材料，包括石墨烯、碳烯、碳纳米管等；另一类是三维新型碳材料，包括碳纳米晶体、碳纳米棒等。
从碳材料的材料来源和制备方法来看，新型碳材料又可以分为多种类型，例如气相化学沉积法、电化学法、碳化法、热解法、聚合物降解法等。
不同的制备方法可以制备出各种形态和形貌的新型碳材料，进而决定其物理化学性质和应用性能。
二、新型碳材料的研究进展1、石墨烯石墨烯是近年来新型碳材料中最受瞩目的材料之一。
其单层结构拥有优异的物理化学性能，因此被广泛应用于多个领域。
近年来，人们已经发现了许多新的石墨烯衍生物，例如氧化石墨烯、硝化石墨烯和磷酸化石墨烯等，这些衍生物拥有不同的性质和特点，进一步丰富了石墨烯的应用范围。
2、碳烯碳烯是近年来新发现的一种二维新型碳材料，其具有非常高的电导率和热导率。
同时，其加工容易、可大量制备的特点也使其成为了各个领域研究的热点。
不仅如此，碳烯还被证明对催化剂的催化活性有明显的提升作用，因此其在催化剂领域具有广阔应用前景。
3、碳纳米管碳纳米管是一种中空的纳米管状结构材料，其壁厚只有一个原子厚度，具有非常高的强度和导电性。
碳纳米管广泛应用于电子学、光电子学、生物医学、材料科学等领域。
此外，碳纳米管还可以作为催化剂载体，提高催化剂的稳定性和催化性能等。
4、碳纳米晶碳纳米晶是一种新型的三维碳材料，具有大量的孔隙结构和特殊的表面化学性质。
因此，其在吸附、分离等方面具有广泛的应用前景，例如催化剂载体、分离膜等。
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究
石墨烯和纳米碳材料的导热性能的研究Alexander A. Balandin近年来，在科学领域和工程领域，人们越来越多地去关注导热性能好的材料。
散热技术已经成为电子工业持续发展的一个重要的话题，低维结构的材料在热传导方面显示出了优异的性能。
就导热能力而言，碳的同素异构体及其衍生品占据了举足轻重的地位。
在室温下的碳材料的导热系数跨越了一个非常大的范围——超过了五个数量级——从导热系数最低的无定型碳到导热系数最高的石墨烯和碳纳米管。
在这里，我回顾一下以石墨烯碳材料为热点的最近热性能的研究成果，碳纳米管和纳米级的碳材料在研究方面遇到了不同程度的难题。
在二维晶体材料方面，尤其是石墨烯，人们非常关注尺寸对热传导的影响。
我也描述了石墨烯和碳材料在电子传热机理上的应用前景。
实际生产应用和基础科学的发展表明了材料热性能研究的重要性。
由于功耗散热水平的提高，导热技术已经成为电子工业持续发展的一个非常重要的热点。
对导热性能非常好的材料的研究严重影响着下一代集成电路和3D 电子产品的设计进程。
在光电子和光子设备领域我们也遇到了类似的需要导热处理的问题。
另外，电热能量转换技术需要材料具有很强的抑制热扩散的能力。
材料的导热能力由其电子结构决定，所以一种材料热性能原理可以描述另外一种材料的热性能现象。
材料热性能的变化只是在纳米尺度上变化。
由于声子散射边界的增多或者声子色散的变化，纳米管和大多数晶体将不再传热。
同时，对二维和一维晶体的热传导理论的研究解释了材料内在优异的热传导性能的原因。
二维晶体导热性能的差异意味着不像非晶体那样，它恢复材料的热平衡不能仅仅靠晶体的非简谐振动，因为这不但需要限制系统的尺寸，而且还需要掺杂进非晶体结构，这样才能符合热传导性能的物理意义。
这些发现引发了在低维系统中对傅里叶定律的实用性的非议。
碳材料具有非常多的同素异构体，在热性能方面占据了举足轻重的低位（如图，1a ）。
碳材料不同的同素异构体的热传导率跨越了很大的一个范围——五个数量级——非晶碳的热导率为0.01W . mK −1，在室温条件下金刚石或者石墨烯的热导率为大约2000W. mK−1。
碳纳米材料综述
碳纳米材料综述课程：纳米材料日期：2015 年12 月碳纳米材料综述摘要：纳米材料是一种处于纳米量级的新一代材料，具有多种奇异的特性，展现特异的光、电、磁、热、力学、机械等物理化学性能，这使得纳米技术迅速地渗透到各个研究领域，引起了国内外众多的物理学家、化学家和材料学家的广泛关注，也成为当前世界最热门的科学研究热点。
物理学家对纳米材料感兴趣是因为它具有独特的电磁性质，化学家是因为它的化学活性以及潜在的应用价值，材料学家所感兴趣的是它的硬度、强度和弹性。
毫无疑问，基于纳米材料的纳米科技必将对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。
因此，对纳米材料的科学研究具有非常重要的意义。
其中，碳纳米材料是最热的科学研究材料之一。
我们知道，碳元素是自然界中存在的最重要的元素之一，具有sp、sp2、sp3等多种轨道杂化特性。
因此，以碳为基础的纳米材料是多种多样的，包括常见的石墨和金刚石，还包括近几年比较热门的碳纳米管、碳纳米线、富勒烯和石墨烯等新型碳纳米材料。
关键词：纳米材料碳纳米材料碳纳米管富勒烯石墨烯1．前言从人类认识世界的精度来看，人类的文明发展进程可以划分为模糊时代（工业革命之前）、毫米时代（工业革命到20世纪初）、微米和纳米时代（20世纪40年代开始至今）。
自20世纪80年代初，德国科学家Gleiter提出“纳米晶体材料’，的概念，随后采用人工制备首次获得纳米晶体，并对其各种物性进行系统的研究以来，纳米材料己引起世界各国科技界及产业界的广泛关注。
纳米材料是指特征尺寸在纳米数量级（通常指1—100 nm）的极细颗粒组成的固体材料。
从广义上讲，纳米材料是指三维空间尺寸中至少有一维处于纳米量级的材料。
通常分为零维材料（纳米微粒），一维材料（直径为纳米量级的纤维），二维材料（厚度为纳米量级的薄膜与多层膜），以及基于上述低维材料所构成的固体。
从狭义上讲，则主要包括纳米微粒及由它构成的纳米固体（体材料与微粒膜）。
碳时代开启：碳纳米管与石墨烯技术分析
碳时代开启：碳纳米管与石墨烯技术分析利用已发现20多年的碳纳米管和发现10年的石墨烯等微细碳材料，电子部件终于开始实用化。
包括最近性能大幅提高的金刚石半导体在内，碳电子将大大改变电子部件和电子电路的形态。
我的梦想是用碳（C）取代硅（Si），实现全部用碳制造电子电路的全碳化、3000年前是青铜器（Cu）时代，20世纪前半期是铁（Fe）时代，之后是硅时代，而今后将是碳时代。
一位碳材料研究人员就研究的意义和目标如此说道。
尤其是电子电路的全碳化，可以说是碳材料研究人员的共识。
如今，这个梦想正朝着实现奋进。
如果全碳化成为现实，电子产品将比现在更轻量、更结实，柔性产品也能实现超高性能，而且价格会大幅降低。
鸿海开发，华为采用碳化的动向似将从电子产品的外围向中心进发。
个人电脑等的机壳材料就常使用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）。
其最大优点是，既轻又结实。
在电子产品的内部，碳作为导电材料的使用虽未能取得进展，但2013年中期终于在触摸面板和太阳能电池等上开始了实用化。
触摸面板配备在了中国华为技术有限公司于2013年5月上市的智能手机上。
触摸面板的开发商是台湾鸿海精密工业在中国大陆的集团公司中国富纳源创（CNTouch）。
为高度兼顾透明性和导电性而采用了管状碳材料碳纳米管（CNT）。
备注：碳纳米管（CarbonNanotube）即管状碳材料。
把碳原子以蜂窝状相连的薄膜（石墨烯）再制成管状。
管的直径细至0.4nm～50nm。
根据把薄膜卷成管状的方法的不同（手性），分为金属型和半导体型。
半导体型的带隙因直径而异。
碳纳米管是名城大学研究生院理工学研究科教授、NEC特别研究员饭岛澄男1991年发现的。
太阳能电池方面，从前有机薄膜太阳能电池就一直将称为富勒烯*的足球状碳材料作为n 型半导体使用。
经过长期的研究开发，2013年三菱化学开始量产并开始了样品供货。
富勒烯（Fullerene）即组成五元环或六元环的碳原子相互连接形成的球状或椭球状材料的总称。
石墨烯与碳纳米管：一样的前生,不一样的今世
石墨烯与碳纳米管：一样的前生，不一样的今世精选|关键词:石墨烯, 碳纳米管2010年10月4日，诺贝尔物理学奖揭晓，获奖者是英国曼彻斯特大学物理和天文学院的Andre Geim和Konstantin Novoselov，获奖理由为“二维空间材料石墨烯（graphene）方面的开创性实验”。
从2004年石墨烯被成功剥离[1]至2010年斩获诺贝尔奖，是什么魔力让这一看似“普通”的碳材料在短短的6年时间内缔造了一个传奇神话？而回眸看其同族兄弟碳纳米管，自1991年被发现至今近20年，历经风雨，几经沉浮，不过是“为他人做嫁衣裳”。
石墨烯即为“单层石墨片”，是构成石墨的基本结构单元；而碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的圆筒结构（图1）。
作为一维（1D）和二维（2D）纳米材料的代表者，二者在结构和性能上具有互补性。
从结构上来看，碳纳米管是碳的一维晶体结构；而石墨烯仅由单碳原子层构成，是真正意义上的二维晶体结构。
从性能上来看，石墨烯具有可与碳纳米管相媲美或更优异的特性，例如高电导率和热导率、高载流子迁移率、自由的电子移动空间、高强度和刚度等。
网上大多溢美之词：“Pencil + sticky tape = desktop supercollider + post-silicon processors”，“Material of the Future”，“A thoroughbred that has to be tamed”，“Electron superhighway”，...。
目前，关于碳纳米管的研究，无论在制备技术、性能表征及应用探索等方面都已经达到了一定的深度和广度。
组成及结构上的紧密联系，使二者在研究方法上具有许多相通之处。
事实上，很多针对石墨烯的研究最开始都是受到碳纳米管相关研究的启发而开展起来的。
图1 石墨烯与碳纳米管石墨烯的发展历程与碳纳米管极为类似。
在碳纳米管被发现之前，碳的晶体结构为代表[2]）。
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第四、五章总结
石墨烯、碳纳米管的化学生物传感
一、石墨烯和碳纳米管
1、石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的最薄的二维材料。
石墨烯是构成其它石墨材料的基本单元，可以翘曲变成零维的富勒烯, 卷曲形成一维的CNTs或者堆垛成三维的石墨。
2、碳纳米管是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管，其中每个碳原子通过sp 2杂化与周围3个碳原子发生完全键合。
由于石墨烯和碳纳米管独有的结构和奇特的物理、化学特性，迅速成为备受瞩目的国际前沿和研究热点。
二、石墨烯和碳纳米管的制备
1、石墨烯的制备
（1）机械剥离法(机械剥离法就是利用机械力，将石墨烯片从具有高度定向热解石墨表面剥离开来。
是制备石墨烯最为直接的方法。
但低产率和尺寸不易控制等缺点使该方法仅适用于实验室的基础研究。
)
（2）氧化石墨-还原法(利用KClO 和HNO 可以使石墨层深度氧化，获得氧化石墨(GO)，GO与石墨烯具有类似的平面结构，以其为前体采用适当的还原方法可以使其表面的功能团消除，获得石墨烯材料。
)
（3）化学气相沉积法(采用一定化学配比的气体为反应物，在特定激活条件下，通过气相化学反应可在不同的基片表面生成石墨烯膜层。
优点一、获得单层石墨烯比例大，二、结晶完整度高。
缺点：成本高产量低。
)
2、碳纳米管的制备方法
自发现CNTs以来人们尝试了多种方法进行制备研究，取得了一定的进展。
如电弧法、激光蒸发法、催化裂解法等。
在以上许多的制备方法中，有一个共同的特点，即产生小的碳(Cn)组分以使CNTs生长，从这一点来看，各种合成方法的区别在于产生碳组分的方法不同。
电弧法和激光蒸发是由电极或靶蒸发产生的碳蒸气；催化裂解法是由碳氢化合物与催化剂相互作用产生的碳蒸气。
三、石墨烯和碳纳米管的功能化
所谓功能化就是利用石墨烯和CNTs在制备过程中表面产生的缺陷和基团通过共价、非共价或掺杂等方法，使石墨烯或CNTs表面的某些性质发生改变，更易于研究和应用。
由于石墨烯和CNTs具有类似的结构，而且表面都含有羧基、羰基等含氧基团，因此对两者表面进行功能化的方法可以一致，即共价键合功能化和非共价键合功能化
四、石墨烯和碳纳米管在化学生物传感技术中的应用
1、石墨烯的应用
（1）基于其荧光效应LuCH等通过标记荧光染料的单链DNA吸附于氧化石墨烯上制备出一种复合物，进而用于目标单链DNA的检测。
（2）基于其载体作用Zhang Y等发展了一种制备Fe3O4纳米粒子-氧化石墨烯复合材料的新方法，该复合材料可以实现磁靶向纳米药物输运等用途。
（3）基于其拉曼效应M.Manikandan等分别用原位合成和混合超声的方式
制备出Au-GO纳米复合物作为基底，通过该基底的SERS效应创建了癌细胞和癌干细胞的生物传感系统。
（4）基于其电化学效应Kang等用石墨烯修饰电极对扑热息痛进行检测。
（5)基于其场效应Nihar M等利用具有微米级的大面积化学修饰石墨烯组建的FET传感器，实现了对单个细菌和单链DNA的检测。
2、碳纳米管的应用
（1）基于其电学性质Malhotra R等利用碳纳米管的双重信号放大作用电化学检测口腔癌生物标记物。
（2）基于其光学性质Jeng E S等利用单壁碳纳米管近红外能带间隙荧光检测DNA的杂化。
（3）基于其载体作用Heister E等将氧化单壁碳纳米管的非竞争结合位点上修饰抗癌药物阿霉素、单克隆抗体和荧光标记物，并将其用于抗癌药物的靶向运输。
GO和CNTs因其具有独特的结构、优异的各种性能，已经引起各国研究人员的广泛关注。
结合特异性的生物识别反应，扩展了它们在传感器领域的应用范围。
然而，目前仍存在许多亟待解决的问题，如灵敏度差、在复杂体系中容易团聚、传感器的寿命短等。
为了克服上述的缺点，可以在两个方面进行深入研究：（1）对它们进行表面修饰及功能化，使其能在复杂的检测体系中依然具有良好的分散性；（2）开发具有更加优良性能的GO或CNTs杂化材料，提高其检测灵敏度。
总之，开发高选择性、高灵敏的GO或CNTs新型复合材料并用于实际样品分析才是最终目的。