碳纳米管及其应用简介

碳纳米管应用研究展望
1、分离分析技术。 如：色谱填料，毛细管电泳，MALDI基质，修饰电极等。 2、材料技术。如：光导材料、复合材料，磁性材料等 3、微电子技术。 4、分子级的催化剂。 5、纳米级反应器。 6、仪器的微型化。 …………..
应用最为广泛的一种新型材料
存在的问题
1、碳纳米管的生长机理不明确 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
碳纳米管论文和专利情况
表1 论文和专利情况
1991 1993 83 2 1994 186 8 1995 210 16 1996 290 20 1997 415 30 1998 664 33 1999 830 66 2000 1245 116 2001 1577 225 1 0
论文 专利
表2 国际专利情况
J. Am. Chem.soc. 1999，121：9750-9751 Nature， 1996，384（6604）：147-150
（2）化学传感器
• 由于碳纳米管暴露在NO2 和NH3 时，电导发生明显的增加或减小，奠定了在气体化学传感器应用的基础。
• Kong. J 等人测定了SWNT在NO2 和NH3通过时，碳纳米管电导随电压的变化情况。 电导 NO2 3个数量级；电导 NH3 2个数量级
结果显示：CNT具有好的抑制基体离子的干扰，同时提高 了灵敏度和分辨率，降低了激光能阈值。
Ana. Chem., 2003, 75, 6191-6195
（5）气相色谱固定相
2001年厦门大学袁东星等报道运用多壁碳纳米管作气相色谱固 定相，分离非极性化合物。 分别用多壁碳纳米管和表面涂渍5%Carbowax(20M)多壁碳纳米 管分别来作气相色谱固定相，分离了烷烃、醇醚、酯、有机 酸等化合物。
单壁碳纳米管 直径为1-6 nm
多壁碳纳米管
直径nm → μm
CNT的性质
高的机械强度和弹性。
• 优良的导体和半导体特性。量子限域所致 • 高的比表面积。 • 强的吸附性能。 • 优良的光学特性 发光强度随发射电流的增大而增强。 ……………
强度≥100倍的钢，密度≤1/6倍的钢
制备方法
• 电弧放电法。（已用于工业化生产） • 激光蒸发法。 • 碳氢化合物催化分解法（CVD法）。 • 化学气相沉淀法。 …………..
CNT的功能化
1、共价功能化 A：端口功能化 B：侧壁功能化 2、非共价功能化 C： 表面活化剂功能化 D： 聚合物功能化 E： 内腔功能化
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853
目的：提高CNT的溶解度，有助于纯化，并引入新的性能。
碳 纳 米 管 的 发 展 及 研 究 现 状
碳纳米管及其应用
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、 中空纳米管
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Leabharlann Baidu
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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 • Science， 2000，287：622-625 • Nano Letter， 2004，3，727 • Acta Chim. Sin.，2002，60：1876-1882 • Electroanalysis， 2005，17（1）：7-14 • Appl. Phys. Lett., 2001, 78(4): 539-540
• 优点：超灵敏，应用范围广，蛋白的生理活性的测定 • 应用：医疗方面对糖尿病的检测
Nano Letter， 2004，3，727
4、基质辅助激光解吸技术（MALDI）的基质
MALDI－TOF技术主要用来研究生物大分子如大分子聚合物、 生物分子、非共价化合物等等。 • 2003年DICP邹汉法研究员用CNT做基质成功的测定了小肽 和环糊精等小分子的分子量。
英国 比例（％） 49 韩国 12 日本 11 德国 6 英国 5 澳大利亚 4 其他 13
表3 各领域专利情况
合成工艺 和后处理 复合 材料 储氢 电子器 件 传感器和 探头 电子发 射 电池和 电容器 其他
比例 （％）
41
9
6
6
3
25
7
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。
Science， 2000，287：622-625
优点：具有响应速度快，灵敏度高（较常规高1000倍）， 重现性好，室温操作等。
应用：对于环境中NO2 和NH3的监测具有应用前景。
（3）生物传感器
－Enzyme-Coated Carbon Nanotubes as Single－Molecule
Biosensors
结果表明：碳纳米管时一种性能优异的气相色谱固定相， 可用于分离极性化合物或强极性的小分子化合物，进一 步扩展气相色谱的适用范围。 Acta Chim. Sin.，2002，60：1876-1882
其他应用
• 储氢和储能 • 单电子晶体管 • 高能微型电池 • 高能电容器 • 计算机芯片导热板 • 高温防护材料 等等