从碳纳米管到石墨烯——浅谈碳纳米材料的研究进展
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，由于具有独特的化学性质和物理性能，石墨烯（Graphene）和碳纳米管（CNT）在材料科学和工程领域受到了越来越多的关注。
石墨烯和碳纳米管具有优良的传热、良好的电学和机械性能，因此在工业应用时具有较高的竞争力。
研究表明，将石墨烯和碳纳米管分散到橡胶中可以显著提高橡胶的电磁屏蔽性能、电磁可调性和耐磨性能。
然而，由于这两种纳米材料的尺寸极小，从而产生了困难的分散问题，因此分散技术一直是本领域研究的热点和难点。
研究表明，分散石墨烯和碳纳米管在橡胶中的有效性受特殊处理前悬浮液的特殊调整影响。
一般而言，为了将石墨烯和碳纳米管分散到橡胶中，必须使用表面活性剂、聚合物、离子溶剂和水溶性增稠剂。
一方面，表面活性剂的作用是为了改善石墨烯和碳纳米管的分散性，同时也可以抑制它们之间的结合。
另一方面，聚合物和水溶性增稠剂可以有效增强石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散效果。
除此之外，石墨烯和碳纳米管在橡胶中分散性还受石墨烯和碳纳米管表面修饰的影响。
研究表明，通过在石墨烯和碳纳米管表面改变各种化学基团，可以有效地改变其在橡胶中的分散状态。
此外，可以采用一种称为“基体法”的方法来改善石墨烯和碳纳米管的分散性。
该方法通过将石墨烯和碳纳米管与某种无机基体结合，从而有效地抑制它们之间的结合，从而提高石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性和分散效果。
另外，研究发现，石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性还受到橡胶组成、石墨烯和碳纳米管的尺寸和形状以及生产工艺等因素的影响。
在橡胶中，当含量越高时，其电磁屏蔽性能会有所提高，而当含量较低时，其电磁屏蔽性能则会降低。
因此，为了使石墨烯和碳纳米管在橡胶中发挥最大作用，必须根据不同应用情况来选择合适的含量。
另外，石墨烯和碳纳米管的尺寸和形状对其在橡胶中分散效果也有很大的影响。
通常情况下，较长的碳纳米管比较容易分散，而较短的碳纳米管则很难分散。
另外，石墨烯和碳纳米管的改性还可以改变其在橡胶中的分散性。
向高端发力 我国碳纳米材料前景可期——几种碳纳米材料的发展现状及建议
究不 同种类 的碳 纳 米材 料 间的 相互 转
中 科 院 金 属 所 成 会 明 研 究 员 强 化 。目前 已经 发现 ，在一 定 的条件下 ， 存在 ，亟待解 决 。例如 ，我 国非金属 电 调 ：“ 目前碳纳 米管研究 主要存 在两 大 这些碳 纳米材料 可 以互相转 化 ，例如 ， 缆 、非金 属 电路 板等 富勒 烯研 究 已有 不 足 ：一 是对 生长机 制缺乏深 入理解 ，
并对碳 纳米 材料 的未来 发展趋 势进 行简 要的展 望 。
１ 几种 重 要 碳 纳 米 材 料 发展 现 状
１ １ 富勒烯 ．
富勒烯 是一种碳 的 同素 异形体 。２ 世纪 ８ 年代 中期 ，科学 家发 现了 除石 墨和 金 ０ ０
刚石之 外的碳 的第三 种 同素 异形体 ，即 Ｃ 富勒烯 。但 是 ，由于当 时采用 的是 激光 蒸 发石墨 法制备 ，所 以只能得 到微 克量 级产 品 。直 到 １ ９ ９ ０年 ，Ｋｒ ｂ ｃ ｍｅ 等采 用 ａ ｔ ｓｈ ｒ
碳 纳米 材 料 是 指 分 散 相 尺 度 至 少 有 一 维 小 于 １ ０ ｍ的 碳 材 料 。分 散 相 既 可 以 由 ｎ ０
碳 原子 组 成 ，也 可 以 由异 种 原子 （ 碳 非 原 子 ） 组 成 ，甚 至 可 以是 纳 米 孔 。
向高端发力 我国碳纳米材料前景可期
的 机械 强度 和 弹性 ，在 电子学 方 面具 有 优 良的导 体 或半 导 体特 性 、在 光学
方 面 具 有 优异 的 非线 性 光 学 性 质 等 ，
由于碳 纳 米管 拥有 诸 多特 殊性 质 和广
泛 的应 用领 域 ， 被称 为 “ 米之王 ” 纳 纳 。 米 管这 些优 良的特 性使 其 有可 能 被广
非晶碳纳米管生长研究取得新进展
碳 纳 米管 通 常 分 为 多壁 和单
必须 探 索 新 的 表征 手 段 来 研 究 这
些 插层 化 合物 。
米 电缆 的方 法 ，然 而 。却 不 能对
纳米 电缆 的芯 部 材 料 种类 及 其 结 构进 行 有效 调 控 。而 对 芯 部材 料 种 类 和 结构 的控 制 ，对 构 筑具 有 各 种 功 能 的纳 米 器 件 和 系 统具 有
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｒ ｎ拈
纳 米 管 与金 纳 米 线组 成 的分 支 形 貌 异质 纳 米 结构 （ 图所 示） 如 ，相
关论 文发 表在 Ａ Ｓ Ａ ４ １ ５ Ｃ Ｎ ＮＯ ．７ ０ —
度 可 达 到 一 ．ｘ Ｏ ｍ ５８ ｌ Ｈｅ 。 同 时 ，
面 。但 是 ，传 统 的石 墨 插 层 化合
物 由于 其 厚 度 和 大 尺 寸 的 限制 ，
合 成 由两种 可 电沉 积 材 料组 成 的 纳米 电缆 的通用方 法 ”ｆ 详见 Ａ ｐ． ｐ１ Ｐ ｙ． ｅｔ９ ， ８ ９（０ ８） ｈ ｓＬ ｔ ２ ０ ３ ０ ２ ０ ）。如 ． １
当稳 定 。在 此基 础 上 ，该小 组 又 提 出 了利 用 多 波长 拉 曼 光谱 方 便 无 损 地 探 测重 掺 杂 下 石 墨烯 费 米
很 难 应 用 于 纳 米 器 件 。 另 一 方 面 ，石 墨烯 在 纳 米 电子 和 光 电子
果 纳米 电缆 的壳层 为 氧化 物 绝 缘 器 件 方 面 具 有 显 著 的潜 在 应 用 ， 能 级 的 新 方 法 。 该 研 究 的部 分 研 究 成 果 以 体 ，则壳 层 可 以作 为 芯部 的保 护 提 高 其 载 流子 浓 度 和 迁 移 率一 直 ｒｃｅ形 ｉ 层 、绝 缘 层 及 场效 应 晶体 管 的栅 是 基 础物 理 和 器 件 应 用研 究 领 域 Ａ ｔ ｌ 式 发表 在 国 际著 名 化 学 极 氧化 物等 。 美 ＪＣ ） 所 致 力 达 到 的 目标 之 一 。如果 能 期 刊 《 国化 学 会 志 》 （Ａ Ｓ 最 近 ， 科 研 人 员 发 明 了 一 种 （Ｊ ．Ａｍ．Ｃ ｅ ｈ ｍ．Ｓ ｃ，２ １ ， １ ３ ｏ ． ０ １ ３ 在 石 墨烯 层 间插 入 原 子 或 分子 层 合 成 以氧 化 铝 绝缘 体 为壳 层 的纳 （５ Ｐ ９ １ ５ ４ １ ）， Ｐ５ ４ － ９ ）上 。该 项 研 形 成 石 墨烯 插 层 化 合 物 材料 ，就 米 电缆 的普 适 方法 。这 些 纳 米 电 能 把石 墨 插 层 化 合 物 的 物理 、化 究 对各 种 石 墨 烯 插层 化 合 物 的合 缆 “ 部 ” 的纳米 线 和纳 米 管 的 芯 材 料 可 以 是 金 属 、金 属 氧 化 物 、 导 电 聚合 物 、化 合 物 半 导 体 以及 学 性 质 与石 墨 烯 在 纳 米 电子 和 光 成 和 相 应 重 掺 杂 石 墨 烯 的 物 理 、 化 学性 质研 究具 有 重要 意义 。 电 子 器 件 中 的 潜 在 应 用 结 合 起 来 。 同时 ， 由于石 墨烯 的尺 寸 和
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
碳纳米管的力学性能研究
碳纳米管的力学性能研究碳纳米管是石墨烯卷曲而成的空心圆柱体，具有许多优异的力学性能，因此在纳米科技领域备受关注。
本文将就碳纳米管的力学性能进行研究和讨论。
第一部分：碳纳米管的力学性质1. 碳纳米管的弯曲强度：研究表明，碳纳米管的弯曲强度非常高，可以承受较大的外力而不易断裂。
这得益于其高度结晶的晶格结构以及碳原子之间的强键结合。
2. 碳纳米管的拉伸强度：碳纳米管的拉伸强度也是其重要的力学性能之一。
实验研究发现，碳纳米管的拉伸强度可以达到数百至数千GPa，高于大多数其他材料的强度值。
3. 碳纳米管的弹性模量：碳纳米管的弹性模量决定了其在变形时的回复能力。
理论计算表明，碳纳米管的弹性模量可以超过1 TPa，远高于传统材料如钢铁和铝。
第二部分：碳纳米管的应用1. 碳纳米管在纳米机械领域的应用：碳纳米管的优异力学性能使其成为纳米机械领域中的理想候选材料。
例如，在纳米机器人的制造中，碳纳米管可以用作结构支撑，以确保纳米机器人的强度和稳定性。
2. 碳纳米管在强化复合材料中的应用：由于碳纳米管具有优异的强度和刚度，它可以用来增强传统的复合材料，如玻璃纤维和聚合物基复合材料。
这样的复合材料在航空航天和汽车制造等领域有广泛的应用。
3. 碳纳米管在生物医学领域的应用：碳纳米管还可以用于生物医学领域。
其高度结晶的结构和生物相容性使其成为药物传输和组织工程等方面的理想材料。
第三部分：碳纳米管的挑战和未来发展1. 残余应力：在制备碳纳米管过程中，由于温度和压力的影响，碳纳米管内部常常存在残余应力。
这种残余应力可能导致碳纳米管的力学性能下降，因此需要进一步研究和解决。
2. 大规模制备：目前，碳纳米管的大规模制备仍然面临挑战。
高成本和制备工艺的复杂性限制了碳纳米管的广泛应用。
随着技术的进步和研究的深入，相信碳纳米管在未来的应用领域中将会有更大的突破和发展。
我们可以期待碳纳米管的力学性能研究为纳米科技和材料科学领域带来更多的创新和应用。
碳纳米管和石墨烯简介
碳纳米管的应用
纳米金属催化剂 载体,利用碳纳米管的 高比表面及良好的吸 氢能力，成功制备了 负载 Pt纳米粒子的高 效加 氢催化剂。
碳纳米管的应用
无碳纳米管（左）和有碳纳米管（右） 情况下的大肠杆菌对比照片 一项最新研究表明，单壁碳纳米管能够严重破坏大 肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将其杀灭。将有助于解 决细菌抗药性这一日益突现的问题。
石墨烯的应用
超级电容器：
超级电容器是一个高效储存和传递 能量的体系，它具有功率密度大，容量 大，使用寿命长，经济环保等优点，被 广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯 拥有高的比表面积和高的电导率，不像 多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使 它成为最有潜力的电极材料。以石墨烯 为电极材料制备的超级电容器功率密度 为10kW／kg，能量密度为28．5Wh ／kg，最大比电容为205F／g，而且 经过1200次循环充放电测试后还保留 90％的比电容，拥有较长的循环寿命。 石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受 到更多的研究者关注。
A brief introduction of
应化0902
张一恒
碳纳米管
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。它是一种管状的碳分子，管上每个碳 原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成 由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳 原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳 纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁 碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有 纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽， 碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数 百微米。 碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
石墨烯和碳纳米管
石墨烯和碳纳米管
石墨烯和碳纳米管（以下简称CNT）——介绍如下：
1.什么是石墨烯：
石墨烯是一种特殊的单层石墨，位于萤石硅结构的顶部，形成单轨道层。
它以蜂窝或薄片形式存在，主要由六角面形成的碳原子组成，俗称“人造金刚石”。
它具有优异的机械性能，高热稳定性和电导性，能有效吸收、散布或转化各种能源。
2.什么是碳纳米管：
碳纳米管是由一维排列的碳原子制成的纳米管，具有优异的电学性能、机械性能和光学性能。
它就像是一条长而狭窄的袋子，由于其宽度仅为几纳米，具有高灵敏度和柔韧性。
此外，碳纳米管具有高抗热性能，耐酸碱性，易於模拟电路，寿命非常长，以及可以作为隧道管，作为电池和催化剂等。
3.石墨烯与碳纳米管的区别：
第一，在结构上，石墨烯是一种单层面结构，而碳纳米管是一种多层面结构。
第二，在性能上，石墨烯的热导率和介电常数比碳纳米管高，透明度强；碳纳米管具有较高的抗化学腐蚀性，可作为隧道管，力学强度更高。
第三，在用途上，石墨烯可以用作电池、柔性显示屏以及量子点等；碳纳米管可用于电子器件、坞状结构及光学应用等。
碳纳米材料的应用前景
碳纳米材料的应用前景随着科技的不断进步和需求的不断增长，人们对材料的性能和功能的要求也越来越高。
碳纳米材料作为一种颇具前景的新型材料，其应用前景十分广阔。
本文将从碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯三个方面来探讨碳纳米材料的应用前景。
1.碳纳米管碳纳米管是由碳原子构成的空心圆柱结构，其直径只有纳米级别，长度则可以达到数十微米，因此具有很强的机械性能和电学特性。
在纳米科技领域中，碳纳米管可以作为通道来传输电子和分子，具有电子学和扫描探针显微镜等制备方法的独特性质。
在能源、储存、导电等领域，碳纳米管也有着广泛的应用前景。
比如，在能量储存领域，碳纳米管被广泛应用于锂离子电池等电能存储系统中。
由于其高比表面积和良好的电导率，碳纳米管可以大大提高电池的能量密度和功率密度，从而提高电池的性能。
同时，碳纳米管也可以作为质子交换膜燃料电池的催化剂支撑体，以提高其效率和稳定性。
2.碳纳米纤维碳纳米纤维是碳纳米管的一种，但它是通过纤维化方法制备而成，具有更高的力学强度和更低的密度。
碳纳米纤维不仅可以用于增强复合材料中，还可以应用于电磁干扰屏蔽和导电材料等领域。
在增强复合材料领域中，碳纳米纤维一方面可以增强基体的力学性能，提高其强度和刚度，另一方面也可以渗透到基体内部形成导电路径，提高材料的导电性能。
此外，碳纳米纤维还可以用于高强度电缆的制备，以提高电缆的拉伸强度和断裂韧度。
3.石墨烯石墨烯是一种由碳原子组成的单层平面晶体结构，厚度只有一个碳原子层的纳米材料。
其在电学、光学、力学等领域的性能表现出色，是目前最为热门的碳纳米材料之一。
在电子学领域，石墨烯可以作为新型光电传感器、晶体管和基于量子点的荧光材料等器件的材料，具有重要的应用前景。
同时，石墨烯还可以作为新型薄膜太阳电池的电极材料，以提高光电转换效率和稳定性。
此外，在医学和环境领域，石墨烯也有着广泛的应用前景。
其中，在生物医学领域，石墨烯可以作为药物输送和光学成像等方面的材料；在环境领域，石墨烯可以作为新型吸附材料，用于水和大气污染的处理。