碳纳米管ppt课件

激光蒸发法制备碳纳米管的装置
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激光蒸发法是一种简单有效的制备碳纳米管的新方法。与电弧法相 比，前者用电弧放电的方式产生高温，后者则用激光蒸发产生高温。得 到的碳纳米管的形态与电弧法得到的相似，但碳纳米管质量更高，并无 无定形碳出现。
这种方法易于连续生产，但制备出的碳纳米管的纯度低，易缠结， 且需要昂贵的激光器，耗费大。
间以碳-碳σ键结合起来。
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碳纳米管材料构
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碳纳米管的发现
碳纳米管于1991年由日本NEC公司基础研究 实验室的电子显微镜专家饭岛澄男首先发现。 他在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设 备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状 的同轴纳米管组成的碳分子，这就是今天被广 泛关注的碳纳米管。
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1.按形态分类
碳纳米管的分类
实际制备的碳纳米管的管身并不完全是平直或均匀的，有时会出现各 种结构，如弯曲、分叉、螺旋等。这些结构的出现多是由于碳六边形网格
中引入了碳五边形和碳七变形所致。碳五边形引起正弯曲，碳七边形引起
负弯曲。
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普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型 其他异型
优缺点： 电弧法的特点是简单快速, 制得的碳纳米管管直, 结晶
度高,但产量不高,阴极上除了碳纳米管还沉积有富勒烯、石 墨颗粒、无定形碳和其他形式的炭颗粒。而且由于电弧温度 高达3000～3700 ℃, 形成的碳纳米管会被烧结成一体,烧结 成束, 束中还存在很多非晶碳杂质, 造成较多的缺陷。
电弧法目前主要用于生产单壁碳纳米管。选择合适的催 化剂组合与含量, 是电弧法制备单壁碳纳米管研究的主要方 向之一。
硬度：碳-碳共价键是自然界中最稳定 的化学键，而碳纳米管的强度接近于 碳-碳键的强度，因此单壁碳纳米管的 抗拉强度达到50～200GPa，杨氏模 量与金刚石相当，强度是钢的100 倍。
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碳纳米管材料的性能
力学性能
弹性：与金刚石的三维结构不同，碳 纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具 有相当好的弹性。实验表明碳纳米管 在拉升达原来长度的136%时仍 然可 以恢复到原来的样子。而且即使受到 了很大的外加应力，碳纳米管也不会 发生脆性断裂 。
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2.按层数分类
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）：为由不同直
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2.激光蒸发法(Laser Ablation)
在一长条石英管中间放置一 根金属催化剂/石墨混合的石墨 靶，该管则置于一加热炉内。当 炉温升至一定温度时，将惰性气 体充入管内，并将一束激光聚焦 于石墨靶上。在激光照射下生成 气态碳，这些气态碳和催化剂粒 子被气流从高温区带向低温区时 ，在催化剂的作用下生长成碳纳 米管。
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碳纳米管材料的性能
电学性能
碳纳米管在电学性能上也有很大 的发展空间。
实验表明不同类型的碳纳米管， 导电性能也不相同，例如，单壁纳米管 总是金属性的，手性形纳米管中则部分 为半导体性，部分为金属性的。
有报道说Huang通过计算认为直 径为0.7nm的碳纳米管具有超导性， 尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K， 但是预示着碳纳米管在超导领域的应用 前景。
碳纳米管
Carbon Nanotubes
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一. 碳纳米管简介及其分类
二.
碳纳米管的性能
三. 碳纳米管的制备方法
四.
碳纳米管的应用
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一.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
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
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碳纳米管的结构
与金刚石、石墨、富勒烯一样，是碳的一种同素异形体 。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
径的单壁碳纳米管套构而成。 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2～30 nm和 0.1～50μm。
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
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3.按手性分类
根据构成单壁碳纳米管的石墨层片的螺旋性，可以将单壁碳纳米管分为：
1 非手性型（对称）
扶手椅型 锯齿型
2 手性型（不对称）
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4.按定向性分类
1 定向碳纳米管
2 非定向碳纳米管
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二.碳纳米管材料的性能
力学性能
电学性能
热学性能
储氢性能
其他性能
碳纳米管主要的性能 可以从五个方面说明
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碳纳米管材料的性能
力学性能
金刚石是我们所知道的自然界中最 为坚硬的物质。而作为金刚石的同素 异形体，碳纳米管具有良好的力学性 能。
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1.电弧法（Arc Discharge Methods）
主要工艺：
在真空容器中充满一定压力的 惰性气体或氢气，以掺有催化剂 (金属镍、钴、铁等) 的石墨为电 极，在电弧放电的过程中，两石墨 电极间总保持一定的间隙。阳极石 墨被蒸发消耗，同时在阴极石墨上 沉积碳纳米管，从而生产出碳纳米 管。
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二.碳纳米管材料的性能
热学性能
碳纳米管具有良好的传热性能， 由于是一维材料，其在径向上的导热 性能优越，我们甚至可以在复合材料 中掺杂微量的碳纳米管 ,使得复合材 料的热导率得到很大的改善。
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碳纳米管材料的性能
储氢性能
碳纳米管具有比较大的表面积， 且具有大量的微孔，其储氢量远远大 于传统材料的储氢量，因此被认为是 良好的存储材料。
LA制备的SWNT束的TEM照片
Science 273 , 483–487(1996)
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3.化学气相沉积法（CVD）
化学气相沉积法又名催化裂解法, 其原理是通过烃类(如甲烷、乙烯、 丙烯和苯等) 或含碳氧化物(如CO) 在催化剂的催化下裂解为碳原子，碳原 子在催化剂作用下，附着在催化剂微粒表面上形成碳纳米管。
其他性能
碳纳米管还具有光学和毛细，化 学等其他良好的性能，也正是这些特 性使得碳纳米管成为许多新材料的基 础。
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三.碳纳米管的制备方法
CNTs的制备方法有多种，主要有： 电弧法 激光蒸发法 化学气相沉积法 燃烧火焰法 电解法
通过各种外加能量，将碳源分解为原子或离子形式， 然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。