碳纳米材料的制备及应用
碳纳米纤维的制备及应用
化学气 相沉积（Ｖ ） Ｃ Ｄ法是利用低廉 的烃类 化合物作原 料 ， 在一定的温度 （ｏ ℃ ～１ ０ ％ ） ， ５ｏ ０ ０ 下 使烃类化 合物在金属催化 剂上进行热分解来合 成碳纳米纤维 的方法。
为不具有市场势力的所有厂商无 限制时的污染排放总量 。同 样可解 出满足该模型的一个解ｘ ， 不妨设
米 纤 维在 复合 材 料 、 离子 电池 负极 材 料 、 米 电子 器 件 、 氢材 料 等 方 面 广 阔 的应 用前 景 。 锂 纳 储
关键 词 ： 纳 米 纤 维 碳 静备 方 法 】 应 用
ｄ ｉＯ３ ６ ￣ｉ ｎ１０ － ５４２ １．６０５ ｏ ｌ．９ ９ ．ｓ． ６ ８ ５ ．０ ０ ． ： ｓ ０ ０ ０
Ｍａａｅ ｎ． ９ ，０： １ １３ ｎｇｍｅｔ ９ ６（ ） ６ － ７ ． １ ３ １
【］ ｒｆ ｎ，Ｆｏｅ ｔｅ ａ． “ ｏ Ａｒ ａｄ ＭａｋｔＰ ｗ ｒ ｉ ５ Ｐａ ｏｇ ｌ ｎ ｔ １ Ｈ ｔ ｉ ｎ ｒｅ ｏ ｅ ｎ ｌ ｒ ” Ｉｔｒａｉ ａ Ｅ ｓｉ ｒｄｎ 叨 ． Ｕ ｉ ｒｔ Ｐ ｎ ６ｎ— ｎｅ ｔ ｎｌ ｍｉ ｏ Ｔａｉｇ ｎ ｏ ｓｎ ｎｖ ｓ ６ ａｔ ｏ ｅ ｉ ｈ
２ 喷淋法 ） 喷淋法是将催 化剂混于苯等液态有机物 中， 然后将含催化 剂 的混合溶液喷淋 到高温反应室 中， 制备 出碳 纳米纤维 。该方 法可实现催化剂的连续喷人 ，为工业 化连续生产提供 了可能 ，
但催化剂与烃类气体 的比例难以优化 ， 喷淋过程 中催化剂颗粒 分布不均匀 ， 且很难 以纳米级形式 存在 ， 因此所得 产物中纳米
１ 前 言 ．
２１１ 热化学气相沉积法 ． ．
碳 纳米纤 维（ ａｂｎＮ ｎｆ ｅｓ 称Ｃ Ｆ ） 由多层 石 墨 Ｃ ｒｏ ａｏ ｂｒ 简 ｉ Ｎ ｓ是 片卷 曲而成的纤维状 纳米炭材料 ， 的直径一般在１ 它 ０ｎ ｍ一５０ ０ ａ 长度分布在０５ ｍ～１０ ｍ， ｍ， ． ０ 是介 于纳米碳管和普通碳纤 维之间 的准一维碳材 料 ， 具有较高 的结晶取 向度 、 较好的导 电 和导热性能 。碳纳米纤 维除 了具有化学气相沉 积法生长 的普 通碳纤维低密度 、 高比模量 、 高比强度 、 高导电 、 热稳 定性等特 性外 ， 还具有 缺陷数量 少 、 长径 比大 、 比表面积大 、 结构致密等 优点 。它是一种高性能纤维 ， 既具有碳材料 的 固有本征 ， 又兼
新型碳材料的制备及应用
新型碳材料的制备及应用第一章碳材料的概述碳是一种化学元素，丰度第四，拥有多种形态，包括石墨、金刚石、纳米碳管等。
碳材料具有很强的化学和物理性质，因此被广泛应用于许多领域，如电子学、材料科学、化学、医学等。
第二章新型碳材料的制备在现代科技领域中，不断研究和发现新的碳材料制备方法。
新型碳材料具有更高的性能和更广泛的应用范围。
以下是几个新型碳材料制备的例子。
1. 石墨烯制备石墨烯是一种单层碳原子构成的二维材料，具有很高的导电性和机械强度。
石墨烯的制备方法包括机械剥离、化学气相沉积和化学还原等。
2. 碳纳米管制备碳纳米管是碳原子构成的管状结构，具有优异的机械、电学和热学性质。
碳纳米管的制备方法包括化学气相沉积、电化学还原和羟基磷灰石模板法等。
3. 炭材料制备炭材料具有高度的孔隙率和机械强度，可用于催化剂载体和能量存储材料。
炭材料的制备方法包括化学气相沉积、碳化剂法和模板法等。
第三章新型碳材料的应用新型碳材料由于其优异的性能，被广泛应用于电子学、材料科学、化学、医学等领域。
1. 电子学石墨烯和碳纳米管等新型碳材料具有优异的电学性能，可用于电子器件的制造。
石墨烯晶体管是一种新型的高性能晶体管，可用于高速集成电路的制造。
同时，碳纳米管晶体管可用于制造场效应管和单电子晶体管等。
2. 材料科学新型碳材料在材料科学方面的应用十分广泛。
炭材料具有优良的吸附性和孔隙度，可用于催化剂载体和能量存储材料。
同时，石墨烯具有高度的机械强度和导电性，可用于制造复合材料和纳米催化器等。
3. 化学新型碳材料在化学方面的应用也十分广泛。
炭材料和石墨烯可用于染料敏化太阳能电池和光催化反应器等。
同时，碳纳米管可用于制造高效催化剂，用于石油加工和制药等方面。
4. 医学新型碳材料在医学方面的应用也有很大的潜力。
石墨烯和碳纳米管等具有生物相容性。
石墨烯和碳纳米管可以作为药物载体和生物传感器，用于制造新型的肿瘤治疗和生物分析检测仪器等。
第四章总结新型碳材料由于其优异的性能，被广泛应用于电子学、材料科学、化学、医学等领域。
浅谈实验室中纳米材料——碳纳米管的制备与应用
Ｈ７０ 一 ０ Ｈ透射 电 子显微 镜 （ Ｍ） 行表征 。 过分 ＴＥ 进 通 析 图片可 知 ．所 得 到的 碳纳 米 管是 多壁 碳纳 米 管 ．
论意 义和 潜在 的应 用价 值 。
料 。 泛应 用于 国 民经济 的各 个部 门。 广 近 几年 来 ， 随着 人们 对纳 米碳 管 及纳 米材 料 研 究 的不 断深 入 ， 广 阔的应 用 前景 也不 断 地显 现 出 其 来 。首 先 ， 纳米 碳 管作 为场 发 射 电子 源用 作微 型 电
烯、 乙炔 、 ＣＯ、 甲烷 、 烯 等 有机 气 体 。 一定 温 度 丙 在 下 ， 般 为 ６ ０℃ ～ ０ 一 ０ １０ ０℃ ， 过 渡金 属 Ｆ Ｃ 在 ｅ，ｏ
管 中有 明显 的 中空 结 构 ， 管壁 表 面 较光 滑 。 缠 相互
绕。 纳 米管 的外 径约 为 ３ — ０ ｍ。 碳 ０ ５ ｎ 内径 约 为 ２ — ５ ３ ｎ 管长 约 为 １ １ ｐ ０ ｍ， ～ ０ ｍ。
由于 其独 特 的结构 ， 纳 米 管 的研 究具 有重 大 的理 碳
Hale Waihona Puke 纳 米碳 管 的 特殊 结 构使 其 具 有 许 多奇 特 的 性
质 ， 生 了许 多 与此 相关 的应 用 。 “ 管 ” 目前 强 产 微 是 度 最 高直径 最 细的 纤维 材料 ，具有 很 高 的长径 比。 纳 米碳 管 既有碳 纤维 材 料 的固 有 性质 ． 有 纺织 材 还 料 的 柔软和 编 织性 以及 高分 子 材料 的 易加 工 性 ． 是
四、 射 （ Ｒ 分 析 Ｘ衍 Ｘ Ｄ）
经 Ｘ Ｄ测 试软 件 （ ｅｔ ｇ Ｓ ｏｅ分 析 可 Ｒ Ｘ Ｐ ｒＨｉｈ ｃ ｒ ） 知， 所制 备材 料 的基 本都 是 由一 种元 素 所组 成— — 即碳元 素 。而 且 从 图谱可 知 。 材料 的 结 晶性较 为 该 良好 ， 明所 制 备材 料 的碳 元素 基本 以结 晶的形 式 说 存在 。 因此通 过上 面 的分析 。 们 可 以知 道我 们所 制 我
碳纳米管的制备
碳纳米管的制备碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，广泛应用于电子器件、储能材料、传感器等领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法及其原理。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法和碳化合物热解法等。
下面将对其中的几种常用方法进行详细介绍。
1.化学气相沉积法化学气相沉积法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一。
其原理是在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管，使之在催化剂表面发生化学反应，生成碳纳米管。
该方法具有制备工艺简单、成本较低等优点。
2.电弧放电法电弧放电法是一种较早被发现的碳纳米管制备方法。
其原理是在高温下，通过电弧放电使碳源蒸发，生成碳烟，进而形成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但成本较高，且产量较低。
3.激光烧蚀法激光烧蚀法是利用激光脉冲对含有碳源的固体进行瞬时加热，使之发生爆炸和蒸发，生成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管结构较好，但对设备要求较高，且产量较低。
4.碳化合物热解法碳化合物热解法是一种将碳源与金属催化剂一起加热至高温，使碳源在催化剂表面发生热解反应生成碳纳米管的方法。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但对设备要求较高，且成本较高。
二、碳纳米管的制备原理无论是哪种制备方法，碳纳米管的制备都基于碳原子的重新排列和堆积。
以化学气相沉积法为例，其制备原理如下：在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管。
在催化剂表面，碳源分解生成碳原子，并在催化剂的作用下重新排列和堆积，形成碳纳米管的结构。
催化剂在碳纳米管的形成过程中起到了关键的作用。
一方面，催化剂可以提供活性位点，促使碳原子的重新排列和堆积；另一方面，催化剂还可以调控碳纳米管的直径和结构。
制备碳纳米管的温度也是一个重要的参数。
温度过高会导致碳纳米管的生长速度过快，从而影响其结构和质量；温度过低则会降低碳纳米管的生长速度。
除了制备方法和制备温度，碳源的选择也会对碳纳米管的结构和性能产生影响。
新型碳材料的研究与制备进展
新型碳材料的研究与制备进展碳素是一种非常重要的天然元素，它的形态众多，而其中一种新型碳材料——石墨烯，被誉为“21世纪的材料之王”。
在石墨烯之外，还有许多新型碳材料值得我们关注和研究。
本文将针对新型碳材料的研究与制备进展进行探讨。
一、碳纳米管碳纳米管是一种碳基材料，以纳米级别的直径和非常高的长度-直径比例为特征。
由于其独特的性质，比如高强度、轻质、导电性和热传导性，碳纳米管在多个领域得到了广泛应用，如能源、纳米电子学、生物医学和纳米材料等。
目前，碳纳米管的制备方法主要有化学气相沉积、电弧放电、激光热凝聚和化学还原等。
二、纳米多孔碳材料另一种新型碳材料是纳米多孔碳材料。
这种材料中的碳素分布在高度互连的小孔之间，具有极高的孔隙度和表面积。
由于此类材料具有具有很好的化学稳定性、催化活性和吸附分离能力，其在催化、电化学能量存储和分离纯化等领域有着潜在的应用价值。
目前的纳米多孔碳材料制备方法主要有溶胶-凝胶法、聚合物泡沫模板法、硬模板法和软模板法等。
三、薄层碳材料薄层碳材料是一种非常薄的碳材料，通常厚度在纳米级别以下。
由于其独特的性质，如良好的导电性和透明性，这种材料在多个领域得到了广泛应用，如透明电极、薄膜太阳能电池、柔性电子学和传感器等。
目前，薄层碳材料的制备方法主要有机械剥离法、化学气相沉积法和物理气相沉积法等。
四、石墨烯石墨烯是由一层碳原子构成的二维结构。
由于其独特的物理和化学性质，石墨烯在多个领域受到越来越多的关注，如能源储存、生物医学和电子学等。
目前，石墨烯的制备方法主要有化学气相沉积法、机械剥离法和还原氧化石墨烯法等。
总之，随着时间的推移，新型碳材料的研究和制备进展迅速，越来越多的新型碳材料被发现和应用。
这些具有特殊结构和独特性能的新型碳材料受到广泛关注，也为我们的未来提供了更多的可能性。
碳基材料的制备与应用
碳基材料的制备与应用碳是地球上最丰富的元素之一，它具有良好的化学稳定性、热稳定性、机械性能和导电性能，因此，碳基材料广泛应用于电子、能源、环保等领域。
本文将介绍碳基材料的制备方法和应用。
一、碳基材料的制备方法1.碳纳米管制备方法碳纳米管是以碳为基础的一种新型材料，它的制备方法主要包括化学气相沉积、电弧放电法和激光热解等。
其中，化学气相沉积法是一种最常用的方法。
利用化学气相沉积法制备碳纳米管，在高温、高压、惰性气体环境下，将碳源气体导入反应室，通过合适的温度和催化剂，在纤维或底板上生长一定长度的一维碳纳米管。
在这种制备方法中，催化剂通常是金属纳米颗粒。
由于碳纳米管的特殊性质，它广泛应用于电子和化学传感器、储能材料、纳米催化剂等领域。
2.石墨烯制备方法石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体材料，它具有高强度、高导电性、高导热性、光学透明等特点，因此在透明导电材料、柔性电子、生物传感器、能源材料等领域有着广泛的应用前景。
当前，石墨烯的制备方法主要包括机械剥离法、化学气相沉积法和化学还原法等。
其中，化学气相沉积法是石墨烯制备的主要方法。
该方法通过在惰性气体环境下，将碳源化合物（如甲烷、乙烯等）在金属催化剂表面裂解分解，生成石墨烯，之后将其转移到目标基底上。
这种方法制备的石墨烯单层结构完整性高、质量稳定性好，但是制备成本高。
3.碳纳米材料制备方法碳纳米材料是指粒径小于100纳米的碳材料，包括纳米碳管、石墨烯、纳米球和各种形状的碳纳米材料等。
碳纳米材料的制备方法主要包括化学法、物理法和生物法等，其中，化学法制备的碳纳米材料应用最为广泛。
在化学法中，主要有溶剂热法、水热法、溶胶凝胶法、共沉淀法等。
这些方法的共同点是利用化学反应，通过超分子自组装或化学还原等过程，在相应的物理结构或表征上形成纳米碳材料。
使用这些方法制备的碳纳米材料表面活性高、相对应用性能稳定、表面还原性强。
二、碳基材料的应用1.能源领域碳基材料在电池、超级电容器、储氢材料、燃料电池等能源领域具有重要应用。
碳纳米管的批量制备和应用
碳纳米管的批量制备和应用近年来，碳纳米管的应用日益广泛，从生物医学到电子工业等领域都得到了广泛的应用。
然而，碳纳米管的制备一直以来是制约其应用的一个重要因素之一。
本文将介绍一种批量制备碳纳米管的方法，并探讨其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的批量制备方法1. 纳米颗粒助剂法该方法是在碳源的基础上添加一定数量的纳米颗粒作为助剂，利用其支撑作用形成碳纳米管。
一般来说，碳源与纳米颗粒会在一定的温度下反应，得到一定数量的碳纳米管。
然而，这种方法产生的碳纳米管比较难以控制，而且制备效率不高。
2. 化学气相沉积法该方法是最常用的制备碳纳米管的方法之一。
它通过将碳源沉积在物质的表面来制备碳纳米管，利用化学反应在不同温度下的碳源会生成不同的碳纳米管类型。
这种方法具有生产高纯度碳纳米管所需的速度和可控性，而且可以通过简单的调整反应条件来得到不同类型的碳纳米管。
3. 电化学剥离法该方法是利用电化学沉积的技术，将碳源喷射到电极上，并通过电化学剥离的方式得到碳纳米管。
这种方法不仅可以产生高质量的碳纳米管，而且还能够控制碳纳米管的形状和尺寸，但是这种方法收益较低，制备效率较低。
二、碳纳米管的应用1. 医学领域在医学领域，碳纳米管已被证明可以用于癌症治疗，如药物传递和光热消毒等。
此外，碳纳米管也被广泛用于强度模拟、诊断和治疗等领域，比如磁共振成像和治疗、脑部疾病的治疗等。
2. 电子工业领域在电子工业领域，碳纳米管有广泛的应用，如晶体管的制造、集成电路的制造等。
与其他技术相比，碳纳米管的好处主要是它的导电性和强度高、自身大小小等优点。
三、结论总之，制备高质量的碳纳米管是现在急需面对的一个重要问题。
在不断发展的现代科学技术领域中，我们相信碳纳米管的应用前景一定会越来越广泛。
值得注意的是，与生物领域以及电子工业相比，我们现在可以在更多的领域中应用该技术，并尽可能发掘碳纳米管的其他潜在优点。
未来，研究人员还将致力于研究碳纳米管在其他领域的应用，使其更加广泛应用，提高人们的生活质量和技术水平。
碳纳米管和石墨烯的制备和应用
碳纳米管和石墨烯的制备和应用近年来，碳纳米管和石墨烯作为纳米材料的代表，备受人们的关注。
这两种材料具有独特的结构和性质，在电子、光学、力学等领域有着广泛的应用前景。
本文将从碳纳米管和石墨烯的制备方法入手，探讨它们在不同领域的应用。
一、碳纳米管的制备碳纳米管是由碳元素构成的空心圆柱形结构，具有优异的力学、导电性和导热性能。
目前，碳纳米管的制备方法主要有热解法、化学气相沉积法、电化学法等。
其中，热解法是最早发现并用于碳纳米管生长的方法。
该方法的原理是在一定温度下，将一定的碳源（如甲烷、乙炔等）和催化剂（如金属镍、铁、钴等）放入反应釜中，通过化学反应得到碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管品质较高，但操作复杂，设备成本高。
化学气相沉积法是目前常用的制备碳纳米管的方法之一。
该方法在高温和高压的条件下，将碳源和催化剂引入反应釜，形成气相反应，得到碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管品质较好，且操作简单，设备成本相对较低。
电化学法是新近发展的一种碳纳米管制备方法。
该方法利用电化学过程，在特定电位下，通过碳源电解得到碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管品质较好，且操作简单，设备成本也相对较低。
二、碳纳米管的应用碳纳米管具有优异的力学和电学性能，因此在电子、传感、能源等方面有广泛的应用。
1.电子领域碳纳米管具有比硅和铜更好的导电性和导热性，在微电子器件中有着广泛的应用。
例如，碳纳米管晶体管具有高电流开关和系统响应速度，可以用于高速数据处理和通信系统。
2.生物传感和药物输送领域碳纳米管的比表面积大、生物相容性好、生物荧光性强等优点，使得其在生物传感和药物输送领域有广泛的应用。
例如，利用碳纳米管在胶体中的性质，可以制备高度灵敏的生物传感器和药物递送系统。
3.能源领域由于碳纳米管具有高导电性和导热性能，可以用于制备高效的电池、超级电容器、太阳能电池等。
例如，采用碳纳米管作为电极材料，可以制备高性能的锂离子电池。
三、石墨烯的制备石墨烯是由碳元素构成的单层蜂窝状结构，具有极高的强度和导电性。
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国 内首 台直 流 电弧 等 离 子 体 法 金 属 超 微 粒 子 生 成 炉 ；０３年 ， 与 日本 Ｕ Ｖ Ｃ公 司合 作 研发 了 日本 ２０ 又 ＬＡ 首 台利 用 电弧 放 电法制 备高 品质 单壁 碳 纳米 管 的大 型专 用设 备 —— 碳 纳 米 管 实 验 装 置 ．０ ８年 ， 课 ２０ 本 题组 又与 中 国科 学 院沈 阳科 学仪 器 研 制 中 心合 作 ，
Ｋ， 单根 Ｍ Ｎ 单根碳纳米线的拉曼（ ａ ａ ） ＷＣ Ｔ、 Ｒ ｍ ｎ 光谱研究 以及石墨烯的大量制备等方面均取得了可喜 的成果．
关键词 ： 纳米管 ； 墨烯 ； 碳 石 碳链 ； 碳纳米线 ； 氢电弧放 电法
中 图 分 类 号 ： Ｂ３ ３ Ｔ ８ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ： ０ ７２ ６ （ ０ １ ０ －４ ８０ １０ －８ １ ２ １ ） ０ ３ －９ ４
碳 纳米 管 （ Ｎ ｓ ｓ 、 墨 烯 （ ｒｐ ｅ ｅ ｓ Ｃ Ｔ ，ｐ ） 石 ｇａ ｈ ｎ ，ｐ ）
吲素异 形 体 ， 如金 刚 石 （ ｉｎｎ ，ｐ ｄｉ ｄ ｓ ａｏ 杂化 轨 道 成 键 ） 石 墨 （ｒｐ ｉ ，ｐ ） 富 勒 烯 （ｕｌｒｎ ，ｐ） 、 、 ｇａｈｔ ｓ 、 ｅ ｆｌ ｅｅ ｓ。 … ｅ
开 发
大学低维 炭材料 与 器件 物 理研 究 所成 立 于 ２０ ０８年 ５ 月， 主要 围绕 一维 、 碳纳 米材 料开 展 了大量 制备 、 二维 结构 表征 、 性 及应 用 研 究工 作 ， 且 已经 在 高 纯度 物 并
ｇ ｏ ｈ ｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎｏ ｒ ｓｈ ｖ ｅ ｒ ｐ ｒ ｄ ｓ ｃ ｓ ｆ ｌｙ Ｅｌ ｃｒ ｃ ｍ ｉａ ｈａａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｒ ｐ ｅ ｅ ｒ ｗｔ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｗｉｅ ａ ｅ ｂｅ ｎ ｐ ｅ ａ ｅ ｕｃ ｅ ｓｕ ｌ ． ｅ ｔｏ ｈｅ ｃ ｌｃ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ｆｇ ａ ｈ ｎ
研制出国内首台带有碳纳米管捕集装置 的碳纳米管
制 备 系统 ， 申请 了 国家 发 明专 利 （０ ００６４ ８ 并 ２ １ １５ １６ ． ｘ） 碳 纳米 管制 备系 统如 图 １ 示 ． ． 所
离 推 翻 了“ 热力 学 涨 落不 允 许 二 维 晶体 在 有 限温
度下 自由存在” 的认知 ， 震撼 了整个物理学界． 石墨
（９ ２ Ｍ ７ ０ ） 二 ０ ５ Ｎ ０ １０ ；Ｊ 海市教委科技创新基 金资助项 目（ ９ Ｚ ５ ０Ｚ ８） 通信作者 ： 赵新 洛（９ ９～） 男 ， １５ ， 教授 ， 博士生 导师 ， 研究方 向为碳纳米材料．Ｅ ｍａ ：ｌ ａ＠ｓｕ ｅｕ ｃ － ｉ ｘ ｈｏ ｈ ・ｄ ・ｎ ｌ ｚ
第 １ ７卷 第 ４期
２１ ０ １年 Βιβλιοθήκη 月 』 二海 大 学 学 报 （ 然 科 学 版 ） 自
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ｈ Ｎ Ｈ Ｉ Ｎ Ｖ Ｒ Ｉ Ｎ Ｔ Ｒ ＬＳ ＩＮ Ｅ Ｏ Ｒ Ａ ＦＳ Ａ Ｇ Ａ Ｉ Ｅ Ｓ Ｙ（ Ａ Ｕ Ａ ＣＥ Ｃ ） Ｕ Ｔ
Ｖｏ ．１ ． １ ７ ＮＯ ４ Ａｕｇ ２ ． ０１１
的一维碳 纳米材 料 ， 其直径 只有一个 碳原子 的大小． 碳 纳米 材 料 具 有 独 特 的 低 维 结 构 和 奇 异 的 电 学、 学 、 力 机械 特性 以及 量 子尺 寸效 应 ， 在新 能源 、 并 环境 、 生物 、 医药 、 息 、 天和微 波 吸 收等 领 域展 现 信 航
Ｆａ ｉａ ｉ ｎ ａ ｂｒｃ ｔｏ ｎｄ Ａｐｐ ｉａ ｉ ｎ ｆＣａ ｂｏ ｎ ｍ ａ ｅ ｉ ｌ ｌｃ ｔｏ ｓ ｏ ｒ ｎ Ｎａ ｏ ｔ ｒａ ｓ
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ｄ ｉ １ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ —８ １ ２ １ ．４ ０ ｏ ： ０ ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ７２ ６ ． ０ ０ ． １ ｓ １ １
碳 纳 米 材 料 的 制备 及 应 用
赵 新 洛 ， 郁 黎 明 ， 盛 雷梅 ， 安 康 ，
（． １ 上海大学 理学 院 ， 上海 ２０ ４ ２ 上海大学 低维炭材 料与器件物理研究所 ， ０４ ４； ． 上海 ２ ０ ４ ） ０ ４ ４ 摘要 ： 碳纳 米材料具有独特 的低维 纳米 结构 、 优异 的性 能和潜在 的应用价值 ． 重点综述上 海大学低 维炭材料 与器件 物理研究所在碳纳米材料研 究方面的最新进展 ， 并对碳纳米材料 的发展 趋势及对未来生产生活 的影 响进 行评述 ． 研 究所在 高纯度高结 晶性 单壁碳纳米管 （ｉｇｅｗ ｌ ｄｃｒｏ ａｏｕｅ ，ＷＣ Ｔ ） 双壁碳纳米管 （ ｏｂｅｗ ｌ ｄＣ Ｔ ， ｓ ｌ—ａ ｅ ａ ｎｎｎｔｂｓ Ｓ Ｎ ｓ 、 ｎ ｌ ｂ ｄｕ ｌ ａ ｅ Ｎ ｓ ． ｌ Ｄ Ｎ ｓ 的大量生产与应用 ， ＷＣ Ｔ ） 具有量子效应的多壁碳纳米管 （ ｕ ｉ ａ ｅ Ｎ ｓＭ Ｎ ｓ 的合成 ， ｍ ｈ— ｌ ｄＣ Ｔ ， ＷＣ Ｔ ） ｗｌ 碳纳米线 的可控生
出 了许 多优异 的性 能 ， 呈现 出广 阔的应 用 前景 ． 海 上
图 １ 碳 纳米 管制备系统
Ｆ ｇ １ Ｓ ｓｅ ｆ ｒ ｆ ｂ ｉａ ｉ ｎ ｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｉ ． ｙ ｔ ｍ ｏ ａ ｒｃ ｔ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｏ
１２ 高 品质 单 壁 碳 纳 米 管 的大 量 制备 及 提 纯 技 术 ．
ｅ ａ ｕ ｔｄ ｎ ｃ ｉ ｔ ｐ ｃ ｉｓ ｅ ｓ ｔ ｌｉ ｌｔ ｕｍ ，ａ ｄ ｔ Ｒａ ｎ ｐ ｃ ｒ ｆ ｉｄ ｖ ｄ ａ ＭＷ ＣＮＴ ｏ ｖ ｌ ａ ｅ ｉ ｏｎ—ｙ ｅ ｅ ｌ ｖ ｒｕｓ ｍｅａｌｃ ｉ ｈｉ ｎ ｈｅ ｍａ ｓ ｅ ｔａ ｏ ｎ ｉ ｉ ｕ ｌ ｒ ｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｒ ａ ｅｂ ｅ ｔｄｅ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｗｉｅ ｈ ｖ ｅ ｎ ｓｕ ｉ ｄ．Ｔｈ ｕ ｕ ｅ ｔｅ ｄ ｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎｏ ｔ ｒａ ｅ ｅ ｏ ｅ ｆ ｔ ｒ ｒ ｎ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｍａｅ ｉｌｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔｉ ｉｃ ｓ ｄ． ｎ ｓ ｄ ｓ ｕｓｅ
烯是 碳 原子 紧密 堆积 成单 层二 维蜂 窝 状 晶格 结 构 的 碳单 质 材料 ， 是 构 筑 零 维 富 勒 烯 、 一 维 碳 纳 米 它 准 管、 三维 体 相 石 墨 的 “ 建材 ” 卡 拜 是 ｓ 化 轨 道 成 ． ｐ杂
键 的一 维碳原 子链 （ａｂ ｎｃ ａ ， － ａ ） 它是 真正 ｃｒｏ ｈｉ Ｃ ｃ ｉ ， ｎ ｈｎ
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Ｋｅ ｏ ｄ ： ａｂ ｎｕ ｎｔｂ ｓ（ Ｎ ｓ ； ｒｐ ｅｅ ｃｒｏ ｈｉ ； ａｂ ｎｎｎ ｗｒ； ｙ ｒｇｎａｃ ｉ ｈｒｅ ｙｗ ｒ ｓ ｃｒｏ ａ ｏ ｅ Ｃ Ｔ ） ｇａ ｈｎ ； ａｂｎｃａ ｃｒｏ ａｏ ｉ ｈ ｄｏｅ ｒ ｓ ａ ｕ ｎ ｅ ｄｃ ｇ
碳 元 素 足生 命 的骨 架 ， 人 类 最 早 接 触 并 利 用 是 的元 素之 一 ． 元 素 的最 大特 点 之 一 是 存 在众 多 的 碳
在 发 现 Ｃ ０以前 ， 们 一 直 认 为 碳 元 素 只 有 金 ６ 人
刚石和石墨 ２种 晶体结构．９ ５年 ， １８ 富勒烯 的发现 极 大地 拓 展 了人 类 对 碳 材 料 的认 识 ． ９ １年 ， １９ 碳
纳米 管 的发 现 则是 纳米 科技 和材 料学 史上 的一 个
里 程 碑 ． ０ ４年 ， 定 单 原 子 层 石 墨 烯 的 成 功 分 ２０ 稳
以及卡 拜 （ａｂｎ ，ｐ 等． 刚石 和 石 墨 属 于 块 ｃｒｙｅ ｓ ） 金 状 材料 ， 而富勒 烯 、 纳 米 管 、 墨 烯 及 卡 拜 等 则 是 碳 石 低 维碳 纳米 材 料 ． 英 国科 学 家 Ｋｏ 、 国 科 学 家 继 ｒｔ 美 ｏ
收 稿 日期 ：０ ｌ０ －１ ２ ｌ －６２ 基金项 目： 国家 自然 科 学基 金 资助 项 目（ ０ ７ １１ ； 海 市浦 江人 才 计划 资助 项 目（ ８ Ｊ４ ５ｏ ； 海市 纳米 技 术 专项 资 助项 １９ ４ ３ ） 上 ０ Ｐ １０ １ｏ） 上