碳纳米管材料的制备与性质
碳纳米管
3.热学性能
由于碳管具有非常大的长径比，因而大量热是沿着长 度方向传递的，通过合适的取向，这种管子可以合成高各 向异性材料。 即在管轴平行方向的热交换性能很高，但在其垂直方 向的热交换性能较低。适当排列碳纳米管可得到非常高的 各向异性热传导材料。
四、碳纳米管的制备
CNTs的制备方法有多种，主要有电弧法，激光 蒸发法，化学气象沉积法等方法。这些方法分别在 不同的实验条件下可以得到MWNT和SWNT。
基本原理： 电弧室充惰性气体保护， 两石墨棒电极靠近，拉起 电弧，再拉开，以保持电 弧稳定。放电过程中阳极 温度相对阴极较高，所以 阳极石墨棒不断被消耗， 同时在石墨阴极上沉积出 含有碳纳米管的产物。 理想的工艺条件：氦气为载气，气压 60—50Pa，电 流60A～100A，电压19V～25 V，电极间距1 mm～4mm， 产率50％。Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
五、纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射
电子显微镜
拉曼光谱
1.电子显微术
利用不同的电子显微术，可以非常详细地研究碳 纳米管结构，确定其生长机制，反过来又可以帮助人 们改进碳管的生长过程，或者去修饰他们的结构。 利用扫描电子显微镜（SEM）可以获得单壁碳纳 米管管束的图像。透射电子显微镜（TEM）对于碳纳 米管结构的研究更为有用。TEM是一种强有力的技术， 可以确定碳纳米管管壁的层数，还可以准确测量管径 和确定碳管结构中的缺陷。
饭岛澄男 S.Iijima
将这些针状产物在高分辨电子显微镜下观察， 发现该针状物是直径为4～30纳米，长约1微米，由 2个到50个同心管构成，相邻同心管之间平均距离 为0.34纳米。
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
进一步实验研究表明，这些纳米量级的微小管状结构是由碳 原子六边形网格按照一定方式排列而形成，或者可以将其想象成 是由一个六边形碳原子形成的平面卷成的中空管体，而在这些管 体的两端可能是由富勒烯形成帽子。这就是多壁纳米碳管。 在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的 纳米碳管，即单壁碳纳米管产物。
碳纳米管的意思解释
碳纳米管的意思解释碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有很高的强度、导电性和导热性。
自1991年发现以来，碳纳米管已经成为了纳米科技领域的热点之一，也被视为是未来材料科学的重要研究方向之一。
本文将从碳纳米管的定义、制备、性质和应用等方面进行解释。
一、碳纳米管的定义碳纳米管是一种由碳原子组成的空心圆柱形纳米材料。
它的直径通常在纳米级别，长度可达数百微米。
碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种。
单壁碳纳米管是由一个单一的碳原子层卷成的管状结构，而多壁碳纳米管则是由多个碳原子层叠加而成的。
二、碳纳米管的制备碳纳米管的制备方法有很多种，其中比较常见的有化学气相沉积法、电弧放电法和化学还原法等。
化学气相沉积法是一种常用的制备碳纳米管的方法。
它是通过在高温下将碳源气体（如乙烯）和催化剂（如铁）混合，使其在石英管内反应生成碳纳米管。
这种方法可以制备出高质量的碳纳米管，并且可以控制管径和长度等参数。
电弧放电法是另一种制备碳纳米管的方法。
它是通过在一定条件下，将两个碳电极放电，使其在气氛中产生高温高压的等离子体，从而生成碳纳米管。
这种方法可以制备出大量的碳纳米管，但是其质量不如气相沉积法制备的碳纳米管。
化学还原法是一种简单易行的制备碳纳米管的方法。
它是通过将还原剂（如氢气）和碳源（如葡萄糖）在一定条件下反应，生成碳纳米管。
这种方法可以制备出低成本的碳纳米管，但是其质量和产量都较低。
三、碳纳米管的性质碳纳米管具有很多独特的性质，其中最重要的包括：1.高强度和高刚度：碳纳米管的强度和刚度都非常高，可以承受很大的拉伸力和压缩力。
2.良好的导电性和导热性：碳纳米管具有优异的导电性和导热性，可以在电子学和热管理领域得到广泛应用。
3.良好的化学稳定性：碳纳米管可以在大多数化学溶液中稳定存在，不易受到化学腐蚀。
4.特殊的光学性质：碳纳米管具有一些特殊的光学性质，如吸收、发射和散射等，可以应用于光电子学和生物医学领域。
化学气相沉积法制备碳纳米管
化学气相沉积法制备碳纳米管材料化学专业制备原料碳源多为乙烯或者乙炔；催化剂颗粒多为亲碳的、过渡金属的纳米粒子如铁、镍、镁、钼等。
制备工艺在高温条件下碳源气体在过渡金属纳米颗粒的催化作用下分解，碳原子在催化剂例粒子中熔解、饱和。
在催化剂粒子中饱和并析出碳形成了小管状的碳固体即碳纳米管。
碳纳米管的性能力学性能：碳纳米管中碳原子采取SP2杂化S轨道成分比较大，使其具有高模量、高强度，具有优异的力学性能。
理想的碳纳米管的抗拉强度可高达100GPa。
一般碳纳米管的抗拉强度可达50-200GPa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，弹性模量高达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。
不同的SP2和SP3杂化几率使碳纳米管其表现出优良的弹性，柔韧性，易拉伸，十分柔软，同时它还具有与金刚石相当的硬度和极大的长径比，可以作为理想的高强度纤维材料，被称为未来的“超级纤维”。
导电性能：碳原子最外层有4个电子，碳纳米管具有类石墨结构，石墨的每个碳原子最外层的三个电子与三个最邻近的碳原子以SP2杂化，呈现层状结构。
碳原子的另一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，碳纳米管具有石墨的良好导电性能。
碳纳米管由石墨片卷曲而来，其导电性能由石墨片的卷曲方式决定，即导电性能取决于它的管径和手性。
不同手性的碳纳米管可分别呈现金属性、半导体性。
给定的碳纳米管的手性矢量Ch=na1+ma2，若n．m=3k(k为整数)，那么该方向碳纳米管呈现金属性，可视为良好的导体。
其中，若n=m，碳纳米管电导率可高达铜的l万倍，导电性极好。
当n．m不等于3k(k为整数)时，该方向碳纳米管视为半导体。
另外，在碳纳米管的管壁上往往有成对的五元环和七元环出现，这些缺陷会导致新的导电行为，为碳纳米管的导电性做贡献。
传热性能：碳纳米管的类石墨结构使得其具有良好的传热性能，另外，准一维结构使得沿着碳纳米管轴向方向的热交换极易进行，由此，可以通过制备定向的碳纳米管阵列从而获得某个方向热传导性能极好的产品。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和热导率，因此在材料科学、纳米技术、能源存储等领域有着重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
2. 弧放电法（Arc Discharge）。
弧放电法是一种较为简单的碳纳米管制备方法，通过在高温下将碳源（如石墨）和金属催化剂（如铁、钴、镍等）放电，产生高温等离子体，从而在合成碳纳米管。
弧放电法制备的碳纳米管质量较高，但是产率较低，且需要严格控制反应条件。
3. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
4. 气相凝结法（Gas-phase Condensation）。
气相凝结法是一种通过在高温下将碳源气体（如甲烷、乙烯等）在惰性气体氛围中加热，然后通过快速冷却的方法制备碳纳米管。
在气相凝结法中，碳原子在高温下先形成团簇，然后在快速冷却的条件下形成碳纳米管。
这种方法制备的碳纳米管产率较高，但是质量相对较低。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）。
碳纳米管简介
碳纳米管简介
1.碳纳米管的发现 碳纳米管是在1991年1月由日本筑波 NEC实验室的物理学家饭岛澄男使用 高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳 纤维中发现的。
2) 锂离子电池 碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的 层间距0.335nm,这有利于Li+的嵌入与迁出,它 特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两 方面嵌入,又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石 墨层剥离而造成负极材料的损坏。碳纳米管掺 杂石墨时可提高石墨负极的导电性,消除极化。 在锂离子电池中加入碳纳米管,也可有 效提高电池的储氢能力,从而大大提高锂离子电 池的性能。
3) 碳纳米管复合材料
基于纳米碳管的优良力学性能可将其作 为结构复合材料的增强剂。研究表明， 环氧树脂和纳米碳管之间可形成数百 MPa的界面强度。 除做结构复合材料的增强剂外，纳米碳 管还可做为功能增强剂填充到聚合物中， 提高其导电性、散热能力等
4) 电磁干扰屏蔽材料及隐形材料
碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形 材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。 碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用的主要原因有两点: 一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因 此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多, 这就大大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到 的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的作用; 另一方面,纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大3～4 个数量级,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得 多,这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大 降低,因此很难发现被探测目标,起到了隐身作用。由于发 射到该材料表面的电磁波被吸收,不产生反射,因此而达到 隐形效果。
碳纳米管的制备和表征研究
碳纳米管的制备和表征研究碳纳米管是一种非常重要的纳米材料，由于其具有优异的物理和化学性质，能够广泛应用于电子、化学、生物和医学等领域，成为了当今最热门的研究课题之一。
本文将介绍碳纳米管的制备和表征研究，旨在尽可能全面深入地介绍它的相关研究进展。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有以下几种：1. 等离子体增强化学气相沉积法该方法先用金属作为催化剂，在氧化镁或氧化铝的载体上制备成催化剂阵列，通过引入碳源和氢气，使用等离子体的方式来生成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法该方法将催化剂和碳源同时放置在反应器内，不用外加能量，通过化学反应来制备碳纳米管。
3. 化学还原-热解法该方法先用催化剂将氧化石墨烯还原为石墨烯，然后利用热解技术进行碳化反应，制备碳纳米管。
以上三种方法是主流的制备碳纳米管的方法，但随着研究的深入，其它方法，如水热合成法、溶液-液相界面法等也逐渐被应用于制备碳纳米管。
二、碳纳米管表征技术为了对制备的碳纳米管进行表征和刻画，研究人员开发出了各种表征技术来研究其结构和性质，下面我们来介绍一些常用的表征技术：1. 透射电子显微镜(TEM)透射电子显微镜是最常用的碳纳米管表征技术之一，通过它可以直观的获得碳纳米管的观察图像。
2. 扫描电子显微镜(SEM)与TEM不同，扫描电子显微镜可以观察到碳纳米管的表面形貌，并能够获得表面形貌的三维结构图像。
3. 拉曼光谱(Raman)拉曼光谱具有非常高的灵敏性和分辨率，能够通过对碳纳米管的拉曼光谱图像进行功率谱分析，可以获得碳纳米管的结构、相互作用和物理特性等信息。
4. X射线粉末衍射(XRD)利用X射线的衍射实验，可以得到碳纳米管的晶格结构，晶格常数以及结晶度等信息。
5. 热重分析(TGA)热重分析可以帮助我们展现出材料在温度变化下的失重信息，从而推断出碳纳米管的热稳定性和热分解温度等相关信息。
以上技术对于制备和表征碳纳米管都有非常大的帮助，不同的表征方法可以从不同角度来对碳纳米管进行综合分析，有助于我们更好地了解碳纳米管的结构和性质。
碳纳米管
e) Picture of a CNT and a polymeric sponge placed in a water bath. The CNT sponge is floating on the top while the polyurethane sponge absorbed water and sank to below the surface level. f) A CNT sponge bent to arch-shape at a large-angle by finger tips. g) A 5.5cm1 cm0.18cm sponge twisted by three round turns at the ends without breaking. h) Densification of two cubic-shaped sponges into small pellets (a flat carpet and a spherical particle, respectively) and full recovery to original structure upon ethanol absorption.
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及性能研究
碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种新型的高性能材料，具有独特的优势。
随着科技的不断进步，越来越多的研究人员开始关注这一领域。
本文将探讨碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及其性能研究。
一、碳纳米管碳纳米管是由碳原子排列成的管状结构，直径在几纳米到几十纳米之间，长度可以从纳米到厘米级别。
它具有高强度、高导电性和高导热性等特点，被认为是一种理想的纳米材料。
二、铝基纳米复合材料铝基纳米复合材料是由铝基合金和纳米材料混合制成的复合材料，具有高强度、高硬度、高韧性、高耐腐蚀性和高温稳定性等特点。
与传统的铝合金相比，铝基纳米复合材料的机械性能更加优越。
三、碳纳米管增强铝基纳米复合材料将碳纳米管添加到铝基纳米复合材料中可以改善其力学性能、导电性能和导热性能等。
碳纳米管与铝基复合材料的结合可以增加其界面强度和弹性模量，同时也可以增加其准晶程度和基体强度。
因此，碳纳米管增强铝基纳米复合材料具有非常好的综合性能。
四、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备方法主要包括机械合金化、熔体渗透、电化学合成和等离子喷涂等方法。
其中，机械合金化方法是一种广泛应用的方法，它可以实现大规模的制备。
五、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究主要包括力学性能、导电性能和导热性能等方面。
研究表明，添加适量的碳纳米管可以显著提高铝基纳米复合材料的力学性能，增加导电性能和导热性能。
同时，不同制备方法和制备参数也会对其性能产生影响。
六、未来发展碳纳米管增强铝基纳米复合材料的应用前景十分广泛。
它可以被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器、医疗器械和建筑材料等领域。
未来，我们需要进一步加强对这种新型材料的研究，探索更加高效的制备方法和更加理想的应用场景。
七、结论碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种非常有前途的新型高性能材料。
研究表明，它具有非常好的力学性能、导电性能和导热性能等优势，可以被广泛应用于多个领域。
资料-碳纳米管
由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成。
根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳纳米管；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。
根据碳纳米管中碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将其分为扶手椅型，锯齿型和螺旋型三种.SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽，是由适当数目和位置的五边形和六边形构成制备方法特点:通过各种外加能量，将碳源离解原子或离于形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。
1.电弧法电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。
电弧法多采用直流电弧，电弧放电条件一般为：电极电压20～30V；电流50～150A；气体压力10～80kPa。
产率50％。
Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
传统的电弧放电法只能制备多层纳米碳管，只有在加入金属催化剂时才可能得到单层碳纳米管，由此可见催化剂对于单层碳纳米管的生长是必不可少的。
2.化学气相沉积法CVD 方法利用热分解含碳化合物，在金属催化剂作用下，合成碳纤维。
常用的碳氢化合物包括甲烷、一氧化碳、苯等，而金属催化剂包括过渡金属( Fe 、Co 、Ni 及Mo 等) 以及它们的氧化物。
CVD 法具有设备简单、条件易控、能大规模制备、可以直接生长在合适的基底上等优点。
碳纳米管性质及应用
碳纳米管性质及应用摘要:碳纳米管的发现是现代科学界的重大发现之一。
由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。
目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰。
本文简单综述碳纳米管的基本性质及应用。
关键词：碳纳米管；结构；制备；性质；应用1 碳纳米管的发现1991年，日本NEC科学家Lijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。
进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。
相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。
2 碳纳米管的结构碳纳米管（CNT）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。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。
MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分别为 2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。
管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm[2]。
3碳纳米管的制备碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。
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碳纳米管材料的制备与性质
碳纳米管是一种将管壁由碳原子构成的纳米尺度管状结构物，
具有直径非常小、长度极长以及机械性能优异等诸多优点。
近年来，碳纳米管材料得到了广泛的研究和应用，尤其是在电子器件、催化剂、储氢材料等领域。
那么，如何制备高质量的碳纳米管材料，以及它们具有哪些特殊性质呢？
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、
化学还原法、碳化学气相沉积法等多种方法。
其中，化学气相沉
积法是制备高质量碳纳米管的主要方法之一。
它的原理是将碳源
和催化剂在高温下反应，生成碳原子，然后在催化剂表面上生长
出碳纳米管。
化学气相沉积法的优点在于可以制备出直径和长度都非常均匀
的碳纳米管，并且具有良好的可控性和重复性。
但它的缺点在于
需要高温条件和复杂的设备，而且材料的产量较低。
因此，近年
来还涌现出了许多新型的制备方法，如电化学沉积法、溶液化学
法等。
二、碳纳米管的性质
碳纳米管具有许多特殊的性质，是现代纳米科技的重要组成部分。
1. 机械性能优异
碳纳米管具有很高的机械强度和弹性模量，因此可以用于制备高强度的复合材料、激光爆炸的防护材料等。
2. 热性能突出
碳纳米管热稳定性好，能够耐受高温高压的热环境。
此外，碳纳米管的热导率非常高，是热传导的理想材料。
3. 电学性能优异
碳纳米管的电子输运特性表现出具有半导体或金属特征的表现形式，因此可以用作电子器件的电极材料、导电材料等。
4. 光学性能独特
碳纳米管在可见光和近红外光区域的吸光性非常高，因此被广泛应用于生物成像、光学传感器、激光捕获等领域。
5. 催化性能优异
碳纳米管具有较大的比表面积和良好的催化性能，因此在催化剂、电池、锂离子电池等领域有广泛应用。
三、碳纳米管材料的应用前景
碳纳米管材料的应用前景非常广阔，特别是在纳米技术、新能源、新材料等领域具有巨大的潜力。
1. 电子器件
碳纳米管电子器件的研究是目前热门的课题之一。
例如，研发更小、更快、更省电的处理器、存储器和传感器等。
2. 催化剂
碳纳米管作为催化剂的载体具有很好的催化性能，本身也具备催化活性，其在化学反应、环境治理等领域的应用前景广泛。
3. 新材料
利用碳纳米管的特殊性能，研制出新型纳米复合材料、高性能燃料电池、超级电容器等新型材料。
总之，碳纳米管材料作为一种新型的纳米材料，具有独特的物理、化学、电学、机械等性质。
随着人们对碳纳米管材料的研究深入，其应用前景也将愈加广阔，为人类的生产和生活带来更多的便利和好处。