碳纳米管的孔径 离子传输速率
碳纳米管
碳纳米管简介潘春旭＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝武汉大学 物理科学与技术学院地址：430072湖北省 武汉市 武昌区 珞珈山电话：027-8768-2093(H)；8721-4880(O)传真：027-8765-4569E-Mail: cxpan@；cxpan@个人网页：/cxpan＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝1. 什么是碳纳米管？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的碳纤维，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”。
理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。
正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。
按照石墨烯片的层数，可分为：1) 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0.75～3nm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，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。
多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。
多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。
与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。
无论是多壁管还是单壁管都具有很高的长径比，一般为100～1000，最高可达1000～10000，完全可以认为是一维分子图1 碳纳米管原子排列结构示意图2. 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。
碳纳米管
碳纳米管碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
碳纳米管，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。
碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。
碳纳米管不总是笔直的，而是局部区域出现凸凹现象，这是由于在六边形编织过程中出现了五边形和七边形。
除六边形外，五边形和七边形在碳纳米管中也扮演重要角色。
并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。
其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
发现历史1985 年，“足球”结构的C60 一经发现即吸引了全世界的目光，Kroto H. W.、Smalley R. E.、和Curl R. F.亦因共同发现C60 并确认和证实其结构而获得1996 年诺贝尔化学奖。
在富勒烯研究推动下，1991 年一种更加奇特的碳结构——碳纳米管被日本电子公司（NEC）的饭岛博士发现。
碳纳米管在1991 年被正式认识并命名之前，已经在一些研究中发现并制造出来，只是当时还没有认识到它是一种新的重要的碳的形态。
1890 年人们就发现含碳气体在热的表面上能分解形成丝状碳。
1953 年在CO 和Fe3O4 在高温反应时，也曾发现过类似碳纳米管的丝状结构。
从20 世纪50 年代开始，石油化工厂和冷核反应堆的积炭问题，也就是碳丝堆积的问题，逐步引起重视，为了抑制其生长，开展了不少有关其生长机理的研究。
这些用有机物催化热解的办法得到的碳丝中已经发现有类似碳纳米管的结构。
在20 世纪70 年代末，新西兰科学家发现在两个石墨电极间通电产生电火花时，电极表面生成小纤维簇，进行了电子衍射测定发现其壁是由类石墨排列的碳组成，实际上已经观察到多壁碳纳米管。
碳纳米管参数说明
碳纳米管产品简介碳米碳管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。
理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。
石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管，多于一层的则称为多壁纳米碳。
由于巨大的长径比（径向尺寸在纳米量级，轴向尺寸在微米量级），碳纳米管表现为典型的一维量子材料，碳纳米管具有超常的强度、热导率、磁阻，且性质会随结构的变化而变化。
碳纳米管的结构为完整的石墨烯网格，是已知最硬的分子材料，并具有良好的柔韧性。
杨式模量超过1Tpa (铝只有70GPa 碳纤维为700 GPa),强度重量比是铝的500倍。
理论预计其强度为钢的100倍，密度只有钢的1/6 。
期望失效拉伸率为20-30％，抗拉强度高于100Gpa。
最大拉伸率比任何金属都高10％。
此外，碳纳米管还拥有优越的导热、导电性能，在轴向热导率可达3000 W/mK，电导率比铜高6个数量级，而且具有很高的电流负载量。
其纳米级发射尖端、大长径比、高强度、高韧性、良好的热稳定性和导电性，是理想的场致发射材料。
由此可见，碳纳米管的应用前景，特别是在微电子、复合材料方面的巨大潜力是难以估量的。
正如诺贝尔奖获得者Smalley所说:“碳纳米管将是价格便宜、环境友好并为人类创造奇迹的新材料”。
总之，碳纳米管本身所拥有的潜在的优越性，决定了它无论在化学还是在材料科学领域都将具有广阔的应用前景。
公司利用高效纳米催化的专利技术，已开发出高纯度高品质的碳纳米管产品，领业界风骚，并致力于纳米材料在各方面的应用开发。
单壁碳纳米管产品说明产品名称：单壁碳纳米管单壁碳纳米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。
它主要由呈六边形排列的碳原子构成一层圆管。
基本物性：项目指标管径1～2nm长度10～20μm纯度>90wt%外观黑色粉末比表面积>450m2/g电导率>10-2s/cm热导率各向异型：轴向2800W/mK应用领域：应用尺度应用领域具体用途微观纳米制造技术扫描探针、纳米钳、纳米称、纳米机电纳电子学纳米晶体管、纳米导线、纳米开关生物工程生物传感器医药纳米胶囊化学纳米反应器、化学传感器宏观复合材料增强塑胶、金属、陶瓷；导电复合材料储能锂离子电池、储氢材料电子源X射线源、场发射电子源电子屏蔽EMC材料、雷达吸波材料涂层耐磨涂层、生物涂层磁性材料存储器散热介质换热器测试图片：STMRaman TGA安全注意事項：参考物质安全资料表。
碳纳米管(CNT)及其应用(精)
其他 3
分析化学方面的应用实例：
（1）原子力显微镜针尖
优点：纳米级直径，高的长径比，高的机械柔软性，电子特性确定。 分辨率高，探测深度深，可进行狭缝和深层次探测 Hafner J H在室温下能够清晰的观测到G型球蛋白IgG的Y型结构。
J. Am. Chem.soc. 1999，121：9750-9751 Nature， 1996，384（6604）：147-150
Seminar Ⅰ
碳纳米管（CNT）及其应用 研究进展
报 告 人：孙衍国 导 师：梁鑫淼
2005.11.14
一、主要内容
碳纳米管简介 碳纳米管的性质、制备、功能化 碳纳米管的发展及研究现状 碳纳米管的应用实例
1、分析化学方面 2、其他方面 碳纳米管的应用展望
碳纳米管简介
又叫巴基管，碳的同素异形体 由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853
碳 纳 米 管 的 发 展 及 研 究 现 状
碳纳米管论文和专利情况
1991
论文 1
1993 83
表1 论文和专利情况
1994 1995 1996 1997 1998 186 210 290 415 664
1999 830
？ CNT的结构可控生长
CNT的长径螺旋角均匀 特殊结构和功能的CNT 2、 量子效应的利用问题 利用＝克服 3、 大规模工业化生产
参考文献
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853 Nature， 1998， 393：49-52 Ana.Chem.., 2003, 75: 6191-6195 J. Am. Chem. soc. 1999，121：9750-9751 Nature， 1996，384（6604）：147-150
碳纳米管材料的研究及其应用前景
碳纳米管材料的研究及其应用前景碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)是由碳原子组成的一种空心管状结构材料，具有极高的强度、导电性和导热性。
由于它独特的物理和化学特性，自其发现以来，研究人员不断探索其广泛的应用前景。
本文将介绍碳纳米管材料的基本特性、制备方法以及其在电子、能源、生物医学和环境保护等领域的应用前景。
一、碳纳米管材料的基本特性碳纳米管具有以下几种基本特性：1.直径十分微小：CNTs的直径在1~100纳米之间。
这使得CNTs具有很高的比表面积，能够增加与其他材料的接触面积。
2.极高的强度：CNTs的强度是其他材料的1~10倍，而重量却非常轻。
3.优异的导电性：CNTs的电阻率约为铜的1/10，可作为电子器件的理想材料。
4.高导热性：CNTs的导热性是铜的1.5倍。
5.化学惰性：由于碳的化学惰性，CNTs对大多数化学物质的影响较小，有利于其应用。
二、碳纳米管制备方法CNTs的制备方法种类繁多。
下面我们介绍几种典型的制备方法。
1.化学气相沉积法(CVD法)CVD法是一种通过气相物质反应制备CNTs的方法。
其基本原理是将碳源物质在高温下分解，使碳原子与金属催化剂相互作用生成碳纳米管。
CVD法是制备CNTs最优秀、最经济、最可定向的方法之一。
2.电弧放电法电弧放电法是一种利用碳棒电弧在惰性气氛中蒸发和冷凝的方法。
利用惰性气氛，如氦、氩、氮和氩氮混合气体等，在自由场内放电形成高温、高压电弧，产生不同形态（单壁、多壁）的CNTs。
3.化学还原法化学还原法通常使用碳酸钠和其他金属盐作为原料。
其基本原理是将金属离子还原为纳米金属，并使金属与碳源分解并生成CNTs。
化学还原法通常需要很长的反应时间，往往需要在高温条件下完成。
三、碳纳米管的应用前景1.电子学领域CNTs的高导电性和微小的直径使之成为微处理器中理想的电路元件。
CNTs的高速传输和强度也为光电晶体管、电晕放电、场发射和纳米电子器件提供了非常好的材料基础。
CNTs-碳纳米管简介
简介
碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs) 于1991年由NEC(日本电气)筑波研 究所的饭岛澄男(Sumio Iijima)首次 以论文的形式报道出来的
文献一
单壁碳纳米管的首次介绍
文献二
图示
图片来源：刘剑洪，吴双泉，碳纳 米管结构及其应用，深圳大学理工 学报，2013
分析
1 、 碳纳米管可看成是由石墨片层绕管轴 （ tube axis ）卷曲而成 , 不同的卷曲方式所 得的结构不同，其性质也会不同。 2 、卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网 格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺 旋角。 3 、螺旋角不同代表其旋转程度的不同，一 个纳米管的旋转由管轴和螺旋角两者决定。 4 、碳纳米管的封口通常有曲面、多边形或 锥型面所完成。（一般为五边形与七边形的 组合）
图9 展开的碳纳米管
分析
1、作者不认为是蛋卷型结构，理由如下： 如果是这种蛋卷结构，那么这种细管会有覆盖边缘存在（edge overlaps on their surfaces），但实验中并没有观察到）。 2、在不同的管形貌观察中，作者提出了一个纳米管生长的模型，即：每个纳米 管在根部开始各自独立的螺旋生长，但其具体的生长机理是未知的，但可肯定的 是它与传统的螺旋位错是不一样的，因为它有圆柱状的点阵。 3、目前也还无法得到具有清晰横截面的多壁碳纳米管试样。
分析
图9 通过电子显微镜看到的图像 （图中黑色为Fe3C等杂质） 由图可知纳米管通常聚集一起呈捆状（由于范德华力的作用），但孤立、单独的 纳米管同样存在。
分析
图10 纳米管直径大小统计
1 、在电子显微镜下挑选了 60 根纳米管，对他们的直径进行了了统计，发现在 0.8nm和1.05nm周围的数量较多； 2、右图对一根直径为1.37nm的纳米管进行电子衍射。
纳米碳管
6)纳米碳管 置
7.纳米碳管的应用
2 催化剂载 体
纳米碳管由于尺寸小，比表面积大， 表面的键态和颗粒内部不同，表面原 子配位不全等导致表面的活性位置增 加，是理想的催化剂载体材料。
7.纳米碳管的应用
纳米碳管对生物分子活性中心的电子 传递具有促进作用，能够提高酶分子 的相对活性。与其他碳电极相比,碳 纳米管电极由于其独特的电子特性和 表面微结构,可以大大提高电子的传 递速度,表现出优良的电化学性能。 蔡称心等报道了HRP在碳纳米管(CNT) 修饰GC电极表面的固定及直接电化学。 尹峰等将多壁纳米碳管和聚丙烯胺层 层自组装制得葡萄糖生物传感器，其 灵敏度高，抗干扰能力强。
7.纳米碳管的应用
纳米碳管比表面积大、结晶 度高、导电性好，微孔大小 可通过合成工艺加以控制， 是一种理想的电双层电容器 电极材料。由于碳纳米管具 有开放的多孔结构，并能在 与电解质的交界面形成双电 层，从而聚集大量电荷，功 率密度可达8000W/kg。碳纳 米管超级电容器是已知的最 大容量的电容器。
5）储氢性能
5 纳米碳管的制备工艺
A
纳米碳管的生 产方法有四种
B C
石墨电弧法
离子和激光溅射法 催化裂解法
D
化学气相沉积法
5.纳米碳管的制备工艺
此法是在真空反应室中充惰性气体 或氢气，采用较粗大的石墨棒为阴极， 细石墨棒为阳极，在电弧放电的过程 中阳极石墨棒不断的被消耗，同时在 石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产 物.石墨电弧法具有简单快速的特点， 而且制得的纳米碳管管直、结晶度高, 但该法所生产的纳米碳管缺陷较多， 且纳米碳管烧结成束，束中还存在很 多非晶碳杂质.
纳米碳管具有化学惰性，经历充放电 不发生化学作用。因此，数据保存在 这样的一个存储器中可以拥有更长的 保存时间。
浅析碳纳米管介绍以及运用精品资料
3碳纳米管的活化
一般认为，在碳纳米管表面引入一些电活性基团，经过活化才能有较好的电化学响应。活化的方法一般分为两类：①在制成电极前对碳纳米管进行活化，包括在气相中用空气或等离子体氧化或用酸(主要是浓HNO3)氧化。以浓HNO3处理碳纳米管的方法是：将碳纳米管在浓硝酸中浸泡10小时后，100℃浓硝酸回流5-6小时。再将得到的悬浊液离心分离、烘干，得到粉末状开管硝基化的碳纳米管。取1mg分散至3ml的N-N-二甲基甲酰胺（DMF）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。
5.2氢气存储碳纳米管储氢是具有很大发展潜力的应用领域之一，室温常压下，约2/3的氢能从碳纳米管中释放出来，而且可被反复使用。碳纳米管储氢材料在燃料电池系统中用于氢气存储，对电动汽车的发展具有非常重要的意义，可取代现用高压氢气罐，提高电动汽车安全性。
5.3场发射装置学术和工业界对碳纳米管电子器件的研究主要集中在场发射管（电子枪），其主要可应用在场发射平板显示器（FED）、荧光灯、气体放电管和微波发生器。碳纳米管平板显示器是最具诱人应用潜力和商业价值的领域之一。
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碳纳米管的孔径离子传输速率
摘要：
一、碳纳米管简介
二、碳纳米管的孔径对离子传输速率的影响
三、影响碳纳米管孔径的因素
四、提高离子传输速率的途径
五、结论
正文：
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维纳米材料，其直径仅为几纳米，长度可达数十微米。
碳纳米管因其独特的物理和化学性质，在许多领域具有广泛的应用前景，如能源存储、传感器和催化剂等。
在众多应用中，离子传输速率是一个关键因素。
碳纳米管的孔径对离子传输速率有着显著的影响。
一般来说，孔径较小的碳纳米管具有较高的离子传输速率。
这是因为孔径较小的碳纳米管对离子的扩散阻力较小，离子能够更快地通过碳纳米管。
然而，孔径过小会导致碳纳米管的比表面积减小，从而影响其在某些应用中的性能。
因此，在实际应用中需要权衡孔径与离子传输速率之间的关系。
影响碳纳米管孔径的因素主要包括碳纳米管的直径、长度和结构。
碳纳米管的直径和长度会影响其孔径，一般来说，直径较小的碳纳米管具有较小的孔径。
此外，碳纳米管的结构（如手性）也会影响其孔径。
通过调控这些因素，可以实现对碳纳米管孔径的有效调控，进而优化离子传输速率。
提高离子传输速率的途径包括：
1.优化碳纳米管的结构和性质，如提高碳纳米管的纯度、改善其分散性等；
2.制备具有特定孔径和结构的碳纳米管；
3.采用复合材料设计策略，将碳纳米管与导电聚合物、金属纳米粒子等复合，以提高离子传输速率。
总之，碳纳米管的孔径对离子传输速率具有重要影响。
通过调控碳纳米管的直径、长度和结构等因素，可以实现对孔径的有效调控，从而优化离子传输速率。