碳纳米材料的性能及应用作业.
纳米碳材料的特性及应用
纳米碳材料的特性及应用纳米碳材料是指由碳原子组成的材料，在纳米尺度下具有特殊的物理、化学和电子性质。
常见的纳米碳材料包括纳米管、纳米颗粒和石墨烯等。
纳米碳材料具有以下特性：1. 巨大的比表面积：纳米碳材料具有极高的比表面积，使其具有优异的吸附性能和催化性能。
比表面积的增大有助于提高材料的活性。
2. 准一维或二维结构：纳米碳材料常常具有准一维或二维结构，例如碳纳米管是一种具有管状结构的材料，石墨烯是一种单层碳原子排列成二维平面结构的材料。
这种结构使纳米碳材料具有特殊的电子和光学性质。
3. 高导电性和高机械强度：纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度。
其中，碳纳米管具有优异的导电性和力学性能，是一种理想的导电材料。
石墨烯也具有较高的导电性和机械强度，具有广泛的应用前景。
4. 优异的光学特性：纳米碳材料具有优异的光学特性，例如碳纳米管具有独特的吸收和发射光谱特性，可以应用于光电器件和生物标记。
纳米碳材料在许多领域具有广泛的应用，包括以下几个方面：1. 电子学应用：由于纳米碳材料具有优异的导电性和机械强度，常用于制备导电材料和电子器件。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料可用于制备柔性电子器件、场发射材料和导电粘合剂等。
2. 催化应用：纳米碳材料具有较大的比表面积和良好的催化性能，可用作催化材料。
纳米碳材料在催化剂的设计和开发中起到重要的作用，特别是碳纳米管在应用于催化反应中具有较高的活性和选择性。
3. 吸附材料：纳米碳材料具有巨大的比表面积和优异的吸附性能，可用作吸附剂。
纳米碳材料对有机物质和重金属离子等具有良好吸附能力，可应用于环境污染物的吸附和处理。
4. 生物医学应用：纳米碳材料在生物医学领域具有广泛的应用。
纳米碳材料具有较好的生物相容性和生物活性，可以用于生物传感器、药物传递、组织工程和生物成像等方面。
5. 能源存储和转换：纳米碳材料在能源领域具有重要的应用价值。
碳纳米管和石墨烯等纳米材料具有较高的电导率，可用于制备电池电极材料、超级电容器和燃料电池等。
碳纳米管材料的性能及其应用范围
碳纳米管材料的性能及其应用范围摘要：碳纳米管作为一种新型半导体材料在制作纳米级电子元器件中有着广泛的应用。
根据结构的不同，碳纳米管有金属型和半导体型两种，人们以半导体型碳纳米管制备了碳纳米管场效应晶体管，取得了良好的效果。
碳纳米管导热性是铜的5倍；它的拉伸强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6；其导电性根据结构的不同而异，可以是导体、绝缘体、半导体，甚至可以仅次于超导体。
关键词：碳纳米；性能及其应用范围一、碳纳米管材料的性能1.1力学性能碳纳米管由C-C共价键结合而成，同时又具有管径小、长径比大的特点，使碳纳米管具有优良的电学和力学性能，其杨氏模量和剪切模量与金刚石相当，理论强度是钢的100倍，并且具有很高的韧性，而密度仅为钢的1/7。
据报道[3]，在纳米碳管的拉伸过程中，当应力超过弹性变形以后，纳米碳管会通过较为特殊的塑性变形来改变形状以消除外来应力，即通过纳米碳管管壁的相邻两个六边形网格向成对的五边形和七边形转变（如图）。
纳米碳管不仅具有很高的强度，而且具有良好的塑性。
在透射电子显微镜观察中，还可以发现具有很大弯曲程度的纳米碳管，尽管在其截面上发生了极大的扭曲变形但仍然未发生断裂，主要原因就是纳米碳管通过其管壁外侧的拉伸和内侧的压缩塌陷甚至折叠来消除外来应力。
碳纳米管通过这种网格的結构变化来释放应力，不仅可以发生弹性变形而且可以发生一定的塑性变形，同时保持相当的强度而不断裂。
这种特性使之特别适宜作为复合材料，特别是聚合物基复合材料的增强相。
碳纳米管可以使镁基复合材料的微观组织晶粒得到细化，还可使力学性能也有所提高。
但当碳纳米管的加入量大于1%时，复合材料的抗拉强度随碳纳米管加入的增多而降低，有人认为这是由于过多的碳纳米管发生偏聚导致的。
1.2电学性能碳纳米管根据螺旋型构造和直径的不同，可以分为金属型和半导体型。
据报道，随机取向的宏观试样电导率近似103s/m，球状的非定向电导率大约50s/m。
碳纳米管的性质与应用
碳纳米管的性质与应用碳纳米管是一种研究热点，同时也是一种具有广泛应用前景的纳米材料。
碳纳米管具有很多优异的性质，例如高度的机械强度、热导率、光学性质和电学性质等，这些性质使得碳纳米管在各领域中得到了广泛的关注和研究。
本文将从性质和应用两方面来探讨碳纳米管的特点。
一、碳纳米管的性质1. 机械性质碳纳米管具有非常高的机械强度，这是由于其形成时的晶格缺陷极少，且由碳原子构成的共价键是相当强的。
研究表明，碳纳米管的强度可以达到200GPa以上，因此在强度要求高的场合，例如航天航空领域、材料制造业及求医领域等等，碳纳米管都有广泛的应用。
2. 热学性质碳纳米管具有良好的热传导性质，由于它们的长度是大于直径的，因此导热主要沿着管轴方向，这种长程导热机制使得碳纳米管的热导率非常高，可以高达3000W/mK。
同时，其能够承受极高的温度，可以长期工作在1000℃以上的高温环境中，故在制造高精度、高稳定性元器件，以及制造高温传感器方面都有广泛应用。
3. 光学性质碳纳米管具有优良的光学性质，具有很高的吸收能力和强烈的荧光特性。
碳纳米管的宽带能使其吸收并辐射出不同波长的光，因此在生命科学、光电器件等领域得到广泛的应用。
4. 电学性质碳纳米管是一种非常具有潜力的电子材料，具有半导体和金属的特性。
这种双重的特性，使得碳纳米管可用于制造场效应晶体管、电化学电容器、电化学传感器等，同时，在信息技术、存储技术、生物医学等领域，碳纳米管也有着广泛的应用。
二、碳纳米管的应用1. 生物医学碳纳米管在生物医学中的应用非常广泛，主要包括药物传递、成像、生物分析及治疗等方面。
碳纳米管的生物相容性好，特异性高，可以将药物包载于碳纳米管表面，通过靶向技术将药物输送至受体细胞表面，从而达到治疗的目的。
此外，碳纳米管还能用于医学检测成像，如：磁共振成像、X射线成像、核酸检测等疾病诊断。
2. 能源材料由于碳纳米管的高热传导、高机械强度、高表面积和优质导体性质，使得碳纳米管可以用于电化学能源存储、传感及转换。
碳纳米管的性能及应用领域
碳纳米管的性能及应用领域碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料讨论的深入其广阔的应用前景也不断地呈现出来。
一、碳纳米管的性能1.1力学性能不同类型的碳纳米管碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。
碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相像，但其结构却比高分子材料稳定得多。
碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。
若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲乏性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
1.2导电性能碳纳米管制成的透亮导电薄膜碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特别的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能，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。
对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。
对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。
1.3传热性能采纳了碳纳米管涂层的热水器内胆碳纳米管具有良好的传热性能，碳纳米管具有特别大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。
另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
二、碳纳米管的应用2.1电子领域碳纳米电子管（CNTS）是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。
其导电本领不同于一般的导体。
性能方面的区分取决于应用，或许是优点，或许是缺点，或许是机会。
在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，假如电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。
诸如电连接等的混乱极大地修改了这行为。
对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环围着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被试验证明。
碳纳米材料在锂电池中的应用研究
碳纳米材料在锂电池中的应用研究一、引言锂电池是目前世界上应用最广泛的可充电电池之一，广泛应用于电动车、手机、笔记本电脑等领域。
然而，锂电池的能量密度、寿命和安全性等方面仍然存在挑战。
碳纳米材料作为一种新型的材料，在锂电池领域展现出了巨大的应用潜力。
本文将探讨碳纳米材料在锂电池中的应用研究。
二、碳纳米材料的特性碳纳米材料具有很多独特的特性，使其成为锂电池的理想候选材料。
首先，碳纳米材料具有高比表面积和孔隙结构，这可以增加锂离子的储存空间，提高电池的储能能力。
其次，碳纳米材料具有优异的导电性能，可以降低电池内电阻，提高电池的充放电效率。
此外，碳纳米材料还具有良好的化学稳定性和机械稳定性，可以有效延长电池的寿命。
三、碳纳米材料在锂电池正极中的应用1. 碳纳米材料作为锂离子储存材料许多研究表明，碳纳米材料可以作为锂电池正极的储存材料，能够提供更高的比容量和较长的循环寿命。
碳纳米材料的高比表面积和孔隙结构使其能够更好地嵌入和释放锂离子，从而提高电池的能量密度和循环稳定性。
2. 碳纳米材料与过渡金属氧化物的复合应用将碳纳米材料与过渡金属氧化物进行复合可以进一步提高锂电池的性能。
过渡金属氧化物具有高的理论比容量和反应活性，但存在着体积变化大、结构破坏等问题。
碳纳米材料的引入可以有效缓解这些问题，同时提高电池的循环寿命和安全性。
四、碳纳米材料在锂电池负极中的应用1. 碳纳米材料作为锂离子嵌入负极碳纳米材料可以作为锂电池负极的嵌入材料，能够提供更高的比容量和较长的循环寿命。
碳纳米材料具有高比表面积和孔隙结构，能够更好地吸附和嵌入锂离子，从而提高电池的能量密度和循环稳定性。
2. 碳纳米材料与硅的复合应用硅是一种具有高比容量的理想锂离子嵌入材料，但存在着严重的体积膨胀和结构破坏问题。
碳纳米材料与硅的复合应用可以有效缓解这些问题，提高电池的循环寿命和安全性。
碳纳米材料通过改善硅的电子传导性能和机械稳定性，同时保持硅的高比容量，为锂电池的发展提供了新的思路。
碳纳米材料的性能及应用作业.
碳纳米材料的性能及应用Z09016114 蔡排枝摘要:纳米材料被誉为21 世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。
本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。
.引言碳纳米材料是指材料微观结构在0-3 维内其长度不超过100nm;由碳原子组成, 材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。
它有四种基本类型:a. 纳米粒子原子团如 C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2 维 d.块体纳米材料如金刚石(3 维。
由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。
由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。
碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。
由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。
比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”其,性质随直径和螺旋角的同有明显变化。
近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。
.碳纳米材料的性能2.1C60的主要性质及应用C60具有缺电子烯的性质,同时它又兼备给电子能力,六元环间的6:6 双键为反应的活性部位,可发生诸如氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应,并可参与配合作用。
碳纳米管材料的性质及应用
碳纳米管材料的性质及应用近年来，碳纳米管作为一种神奇的新材料，逐渐成为了科学研究及工程应用中备受瞩目的材料之一。
碳纳米管具有非常出色的力学、电学和光学性能，因此被广泛地应用于电子器件、太阳能电池以及生物医学领域等高新技术领域。
本文将探讨碳纳米管材料的性质及应用领域。
一、碳纳米管的基本结构和性质1. 碳纳米管的结构和尺寸碳纳米管是由由单层或多层石墨烯卷曲而成的纳米管。
相对于传统的纤维素和聚酯纤维，碳纳米管的直径非常小，一般在1-50纳米之间，长度通常为数百微米到几毫米，甚至达到厘米级别。
2. 碳纳米管的力学性质碳纳米管具有很强的力学性能，其刚度可媲美钢铁，但密度仅为碳钢的四分之一。
因此，碳纳米管被广泛应用于强度要求高、重量要求轻的领域，如太空探索领域和航空航天设备领域等。
3. 碳纳米管的电学性质碳纳米管在电学特性方面表现非常突出，可以用来制作复杂的纳米电子器件。
碳纳米管的电学性能非常优异，主要表现在很高的电导率、稳定性和热传导率等方面。
可以将其应用于半导体器件、触控屏幕、柔性电路板等领域。
4. 碳纳米管的光学性质碳纳米管的光学性能是其应用领域之一。
由于碳纳米管的直径非常小，因此对光的吸收和散射产生了很特殊的影响。
例如，碳纳米管可以用于太阳电池领域，能够将大量光线转化为电能。
二、碳纳米管的应用领域1. 碳纳米管的生物医学应用碳纳米管在生物医学领域中应用广泛，主要包括抗肿瘤疗法、药物载体、病菌检测，以及细胞图像学等方面。
与传统的药物相比，碳纳米管具有更好的生物相容性、渗透性和药物传递性等特性。
2. 碳纳米管在电子领域的应用碳纳米管在电子领域的应用非常广泛，包括晶体管、纳米电路板、半导体器件等。
由于碳纳米管的电导率极高，因此可以用来制作高性能的传输线路和电子器件。
3. 碳纳米管的材料增强应用碳纳米管可以应用于增强其他材料的性能，如增强聚合物、金属基复合材料的强度和硬度等。
这不仅可以提高材料的热稳定性和抗氧化性，还可以延长材料的寿命。
碳纳米材料在农业环境改良中的应用进展
碳纳米材料在农业环境改良中的应用进展
碳纳米材料是一种由纳米级碳纤维或碳纳米管构成的材料，具有较高的比表面积、导
电性、机械强度和化学稳定性。
近年来，碳纳米材料在农业环境改良中的应用逐渐受到关注，并取得了一定的进展。
碳纳米材料可以用于土壤改良。
土壤是农业生产的关键因素之一，而碳纳米材料可以
提供一种高效的补充途径。
研究表明，添加碳纳米材料可以增加土壤的含水量、保持土壤
肥力、改善土壤结构和抗风蚀性能。
碳纳米材料还可以吸附土壤中的有机和无机物质，减
少土壤中的重金属含量，从而保护农作物的生长。
碳纳米材料还可以用于农业废弃物的资源化利用。
农业废弃物是农业生产中不可避免
的产物，但其处理和利用一直是一个难题。
碳纳米材料具有高效的吸附能力和催化活性，
可以用于农业废弃物的资源化转化和处理，如农作物秸秆的制备成为生物炭，用于土壤改
良和农业废水的处理。
碳纳米材料在农业环境改良中的应用还面临一些挑战。
碳纳米材料的合成和制备方法
仍存在一定的技术难题。
目前，大规模合成高质量的碳纳米材料仍具有一定的困难，需要
进一步研究改进相关制备技术。
碳纳米材料的环境安全性和生物毒性也需要进行深入研究。
尽管碳纳米材料具有很多优点，但其在环境和生物领域中的潜在风险也需要引起足够的重视。
碳纳米材料在农业环境改良中具有巨大的应用潜力。
未来的研究可以进一步关注碳纳
米材料的合成制备技术、环境安全性和生物毒性的研究，并结合地区实际需求，开展更加
深入和系统的研究，促进碳纳米材料在农业环境改良中的应用推广。
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碳纳米材料的性能及应用Z09016114 蔡排枝摘要:纳米材料被誉为21世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。
本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。
一.引言碳纳米材料是指材料微观结构在0-3维内其长度不超过100nm;由碳原子组成,材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。
它有四种基本类型:a.纳米粒子原子团如C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2维 d.块体纳米材料如金刚石(3维。
由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。
由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。
碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。
碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。
由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。
比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”,其性质随直径和螺旋角的同有明显变化。
近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。
二.碳纳米材料的性能2.1 C60的主要性质及应用C60具有缺电子烯的性质,同时它又兼备给电子能力,六元环间的6:6双键为反应的活性部位,可发生诸如氢化、卤化、氧化还原、环加成、光化与催化及自由基加成等多种化学反应,并可参与配合作用。
C60在超导、磁性、光学、催化、材料及生物等方面表现出优异的性能,对它的研究已广泛开展。
(1超导体超导现象是大约10年前第一次在一种电子搀杂的富勒烯C60中发现的。
C60分子本身是不导电的绝缘体,但当碱金属嵌人C60分子之间的空隙后,C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体如K3C60即为超导体,且具有很高的超导临界温度。
(2光学特性由于C60分子中存在的三维高度非定域(电子共轭结构使得它具有良好的光学及非线性光学性能。
C60光激发后很容易形成电子一空穴对从而产生光电子转移,C60还具有较大的非线性光学系数和高稳定性等特点,可以预计C60将是很好的光电导材料、新型非线性光学材料,有望在光计算、光记忆、光信号处理及控制等方面有所应用。
(3功能材料的制备由于C60特殊笼形结构及功能,将C60作为新型功能基团引入高分子体系,得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料。
将富勒烯丰富的电子和电化学性质与富电子的过渡金属配合物Ru—bipy,Ru—terpy,二茂铁等电活性物种结合可用于新型分子电子器件的制备。
华中科技大学刘晓国等人将纳米富勒烯与丙烯酸(酯单体在引发剂作用下共聚,用该聚和物与有机胺中和成盐使其水性化,制得水溶性纳米富勒烯一丙烯酸(酯高分子成膜材料,发现富勒烯对丙烯酸(酯聚和物具有独特的成膜改性功能。
(4新型催化剂C60分子的电子亲和力较高(2.6—2.8 ev易于通过分子内或分子间的电子授受作用而发生氧化还原反应,因此多数富勒烯或其衍生物的金属配合物均具有良好的催化性能,如C60Pdn 可在常温下催化苯乙炔的氢化, C60Pt(H h32、C60Pm对端烯烃的硅氢加成有良好的催化活性。
(5生物活性材料Friedman 等人报道了水溶性二氨基二酸二苯基C60衍生物的合成方法,并证明它有抑制HIVP活性的功效,而艾滋病研究的关键是有效抑制的活性。
Nakajima等人将他们合成的带聚乙二醇的C60~t 生物与 HelaS3 细胞共同培养并用光照射,结果呈现细胞毒性。
2.2 碳纳米管的结构性能及应用由碳原子形成的石墨烯片层围成的一种管状结构,而且它们的直径很小,基本都在纳米尺度,所以称其为纳米碳管。
在理想情况下,仅仅包含一层石墨烯的纳米碳管称为单壁纳米碳管。
包含两层以上石墨烯片层的纳米碳管称为多壁纳米碳管,片层之间的距离为0.34-0.36nm。
碳纳米管是指由类似石墨的六边形网格组成的管状物,可以看作是石墨片层绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成。
管子一般由单层或多层组成,相应的纳米碳管就称为单壁纳米碳管(SWNT和多壁纳米碳管(MWNT。
碳纳米管的直径在几微米到几十纳米之间,长度可达数微米,因此有较大的管径比。
资料表明:碳纳米管的晶体结构为密排六方( hcp , a = 0. 24568nm, c = 0. 6852nm, c / a = 2. 786,与石墨相比,a 值稍小而c 值稍大,预示着同一层碳管内原子间有更强的键合力,碳纳米管有极高的同轴向强度。
多壁碳纳米管存在三种类型的结构,分别称为单臂纳米管、锯齿形纳米管和手性纳米管。
碳纳米管具有很高的杨氏模量和抗拉强度,杨氏模量估计可高达5TPa ;同时碳纳米管还具有极高的韧性,十分柔软。
碳纳米管的导电性与本身的直径和螺旋度有关,随着这些参数的变化可表现出导体或半导体性质.碳纳米管管壁在生长过程中有时会出现五边形和七边形缺陷,使其局部区域呈现异质结特性.不同拓扑结构的碳纳米管连接在一起会出现非线性结效应,有近乎理想的整流效应.在室温条件下,碳纳米管能够吸收较窄频谱的光波,能以新的频谱发射光波,还能发射与原来频谱完全相同的光波。
可以有以下的应用。
(1纳米电子学方面作为典型的一维量子输运材料,用金属性单层碳纳米管制成的三极管在低温下表现出典型的库仑阻塞和量子电导效应.碳纳米管既可作为最细的导线被用在纳米电子学器件中,也可以被制成新一代的量子器件.碳纳米管还可用作扫描隧道显微镜或原子力显微镜的探针。
碳纳米管还为合成其它一维纳米材料的控制生长提供了一种模板或框架,碳纳米管在高温下非常稳定,利用碳纳米管的限制反应可制备其它材料的一维纳米结构.这一方法用于制备多种金属碳化物一维纳米晶体和制备氮化物的一维纳米材料。
在硅衬底上生长碳纳米管阵列的工艺与现行的微电子器件的制备工艺完全兼容,这就为碳纳米管器件与硅器件的集成提供了可能。
美国IBM公司于2001年用单分子碳纳米管成功制成了当时世界上最小的逻辑电路。
美国IBM 于2002年成功开发出了当时最高性能的碳纳米管晶体管,比当时用硅制成的最先进的晶体管的速度还要快.(2信息科学方面碳纳米管可制作碳纳米管场致发射显示器碳纳米管的顶端很细,有利于电子的发射,它可用做电子发射源,推动场发射平面显示发展.实验证明在硅衬底上可生长规则的碳纳米管阵列,采用蒸发和掩膜技术在硅表面形成铁的薄膜微观图形,利用乙烯做反应气体,在适当的反应条件下,碳纳米管可垂直于衬底表面生长,形成规则的阵列,阵列的形状由衬底上铁膜的微观图形决定.这种碳纳米管阵列的一个可能的直接应用是场发射平面显示.西安交通大学朱长纯教授领导的研究小组采用新的技术,引导碳纳米管有序、定向地生长在导电的硅片衬底上引,并且进一步研制出功能完备的场发射像素管0训,由于其纯度高、有序性好,场发射性能也大为提高。
和传统显示器比,这种显示器不仅体积小,重量轻,大大省电,显示质量好,而且响应时间仅为几微秒,从零下45℃到零上85℃都能正常工作.(3能源方面由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和空心结构,有较大的比表面积,比常用的吸附剂活性炭有更大的氢气吸附能力,非常适合作为储氢的材料.碳纳米管在储氢率方面有明显的优势,加之碳材料的价格低廉,化学性能稳定,密度较小,CNT 储氢的应用前景很好。
中科院金属研究所青年研究员成会明博士研究小组,在单壁纳米碳管的储氢研究方面取得显著成果,他们采用等离子体氢电弧法半连续大量制备出高质量单壁纳米碳管,其纯度高,纳米碳管的直径较粗.在室温下获得优异储氢性能,储氢量达4Wt%以上,其中约四分之三的储量可在室温和常压下放出.(4材料方面应用碳纳米管的强度约比钢高100多倍,而比重却只有钢的1/6;同时碳纳米管还具有极高的韧性,十分柔软。
它被认为是未来的“超级纤维”,是复合材料中极好的加强材料。
目前已经用于纳米结构复合材料和混凝土的强化.对碳纳米管可控制生长技术、表征技术和应用的深入研究将会促进纳米科学和技术的发展,有助于发现新的效应,发展新的器件,以至于形成新的产业。
(5制备纳米材料的模板一维纳米中空孔道赋予了纳米碳管独特的吸附、储气和浸润特性。
根据理论计算,中空的纳米碳管具有毛细作用,纳米碳管为模板制备其它纳米线的研究工作。
以纳米碳管为基础,利用它的中空结构和毛细作用可制备其它纳米结构。
对纳米碳管进行B、N等元素掺杂已获得了一系列新型纳米管。
以纳米碳管为母体,通过气相反应方法可以制备出SiC、GeO2、GaN等多种纳米棒以及各种金属的纳米线。
这些新的一维纳米材料的出现,必将对纳米材料的研究和发展产生积极的影响。
(6催化剂载体纳米材料比表面积大,具有特殊的电子效应和表面效应。
如气体通过纳米碳管的扩散速度为常规催化剂颗粒的上千倍,担载上催化剂后可极大地提高催化剂的活性和选择性,使其在加氢、脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。
(7复合材料增强相碳纳米管还有非凡的力学性质。
理论计算表明,碳纳米管应具有极高的强度和极大的韧性。
由于碳纳米管中碳原子间距短、单层碳纳米管的管径小,使得结构中的缺陷不易存在,因此单层碳纳米管的杨氏模量据估计可高达5太帕,其强度约为钢的100倍,而密度却只有钢的1/6。
因此,碳纳米管被认为是强化相的终级形式,人们估计碳纳米管在复合材料中的应用前景将十分广阔。
(8纳米器件纳米碳管的电学性质与其结构密切相关。
就其导电性而言,由于纳米碳管直径和螺旋角不同,可以是金属性的,也可以是半导体性的,甚至在同一根纳米碳管上的不同部位,由于结构的变化,也可以呈现出不同的导电性。
纳米碳管中存在大量未成对电子,但其在纳米碳管中的径向运动却受到限制,表现出典型的量子限域效应;而电子在轴向的运动不受任何限制。
因此,可以认为纳米碳管是一维量子导线。
利用催化热解法成功地制备了纳米碳管-硅纳米线,测试表明,这种金属-半导体异质结具有二极管的整流作用。
当一个金属性单层纳米碳管与一个半导体性单层纳米碳管同轴套构而形成一个双层纳米碳管时,两个单层管仍分别保持原来的金属性和半导体性,利用这一特性可制造具有同轴结构的金属-半导体器件。
纳米碳管的电学性能和所处气氛有关,在不同气体气氛下,其电阻会发生改变,根据这一现象有可能把纳米碳管用作体积很小而灵敏度极高的化学传感器。