碳纳米管及其应用的研究现状
碳纳米管在电子学和材料科学中的应用
碳纳米管在电子学和材料科学中的应用碳纳米管是一种全新的、极具前景的新型纳米材料，它因具备高强度、高导电性和高导热性等卓越性能而备受瞩目。
自从碳纳米管在1991年被发现以来，其在电子学和材料科学领域中的应用就引起了极大的关注。
本文将从多个角度探讨碳纳米管应用的现状和前景。
碳纳米管的电子学应用作为一种新型纳米材料，碳纳米管在电子学领域中的应用前景可谓是非常广阔的。
在电子器件领域，碳纳米管可以被应用在场效应晶体管、透明导电膜、排线、电子束阴极等多种器件中。
其中，碳纳米管作为场效应晶体管来源于其自身的优异性质。
其管壁的一侧为金属样，另一侧为半导体样，电子在内壁被去除的氧原子上传输，并且在金属端口的电势控制之下实现高效的电子输运。
同时，碳纳米管不仅具备优异的导电性和导热性，还具有高度的机械强度和稳定性，在微纳电子器件中优化电路排列、缩小器件尺寸等方面发挥着重要作用。
此外，在各种传感器与检测领域中，碳纳米管也有着广泛的应用。
例如，碳纳米管固态传感器在微重力环境的流体控制实验中进行控制研究，是高德纳米科技公司研发的流体控制天基实验的重要元素。
因为传感器可以控制微小量的液体和气体，在部分建筑物和汽车空气净化中，碳纳米管固态传感器也具有非常好的应用前景，而且它还可以被用来检测有害气体、放射性物质、水质和食品成分等。
碳纳米管在材料科学领域的应用与电子学领域不同，碳纳米管在材料科学领域中的应用主要是其在复合材料、光学传感器等领域中的应用。
碳纳米管作为一种超细纤维材料，超细纤维材料最大的优点就是高比表面积和高活性。
因此，碳纳米管被用于制造复合材料可使其具备非常高的强度和刚度。
而且，碳纳米管作为一种受控超细纤维材料，在四处扩散时候不会产生结构变形，也不会导致松弛或断裂。
以一种例子来说明，将碳纳米管添加到聚合物材料里，可以获得多样的新特性，同时还能够有更为有效的应力传递。
那么，在空间航天领域之中，常见的问题就是要使材料达到可能性机动的目标，这时候，就需要采用这种聚合物材料。
碳纳米管光学性质及应用的研究现状
独一无二 的结构和优异的电学性 能、 力学性能 、 光学性能等而备 受关注 。碳纳米管光学 性质 的研究虽然 开始 不久 ， 但其 所表 现
出的奇异特性越来 越 引起 人 们 的关 注 ， 比如光学 偏振 性 、 相关
性， 发光性能好 、 对红外辐射的敏感性 等。
１ 定 向碳纳米管束的光学偏振性
ｔ ｎ ｕ ｈ ａ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂ ｐ ｉａ ｎｔｎ ａ ｎ ｒ ｒ ｄ ｄ ｔ ｃｏ ｓ ａ ｄ ｕ ｒａ ａ ｔｏ ｔ ａ ｗｉ ｈ ｎ ｒ ｌｏ ｉ ｔ ｏ ｕ ｅ ． ｉ ｓｓ ｃ ｓ ｃ ｒ ｏ ｏ ａ ｏ ｕ ｅ ｏ ｔｃ ｌａ ｅ ｎ ，ｉ ｆ ａ ｅ ｅ ｅ ｔ ｒ ｎ ｌｔ ｆ ｓ ｐ ｉ ｌｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｅ ａｓ ｒ ｄ ｃ ｄ ｃ ｃ ｎ
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・ １８ ・ １ 来自材料 导报 ２０ ０ ７年 １ １月第 ２ 卷 专辑 Ⅸ １
碳 纳米 管 光学 性质 及 应 用 的研 究现 状
胡慧君 ， 王蜀霞 ， 云青 ， 杨 牛君 杰
（ 重庆 大学数理学 院应用物理 系， 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０ ４
摘要
碳 纳米管具有优异 的光 学性质 ， 这些光学性 质使其 具有 非常重要 的潜在应 用价值 。简要 论述 了碳 纳米
管的光学偏振性 、 光学相关性 以及碳 纳米管灯 丝的发光性 能 ， 绍 了碳纳米 管光 学性质 的一些应用 ： 纳米管光 学天 介 碳
线、 红外探测和超快光学开关。
关键 词 碳纳米管 偏振 相关性 发光性
碳纳米管对不同偏 振方 向 的光 子有 不同 的吸收能力 。＾ ， Ｌ
Ｉｈｄ 等利 用钨灯作 为光源 ， 锗光 电二极管 作为探测器 ， ｃ ｉａ 硅 测量 了平均直径为 １２ ｎ 的单壁碳纳米 管的偏 振吸收谱 。不同偏 ．２ｍ 振方向吸收随光子 能量变化 的吸收谱线如 图 １ａ 所示 。图 中 ３ （） 个吸收峰分别对应 能量 约为 ０ ８Ｖ、 ． ｅ ２０Ｖ 的入 射光子 。 ． ｅ １４ ｖ、． ｅ 入射光子能量为 ０ ８Ｖ、． ｅ 的吸收 峰 由半 导体性 的碳 纳米 ． ｅ １ ４Ｖ 管吸收造成 ， 入射光子能量为 ２ ０Ｖ 的吸收峰 由金属性碳 纳米 ．ｅ 图 １ 单壁碳纳米 管薄膜 吸收谱 清华大学 的朱静等Ｌ 利用紫外共焦微区拉曼系统研究 了平 ２ ］
碳纳米管技术的应用与研究
碳纳米管技术的应用与研究随着科技的不断发展，碳纳米管这个曾经神秘的名词也逐渐走进人们的生活。
碳纳米管是一种直径只有纳米级的碳管，是由单层或多层碳单元组成的一个空心纤维结构，具有很多优异的物理和化学性质。
碳纳米管可以被应用于许多领域，如能源、电子、生物医学、材料科学等领域，而它的应用仍然在不断扩展和发掘。
本文将从碳纳米管的制备、特性、应用等多个方面，着重介绍碳纳米管技术在各个领域的应用和研究进展。
一、碳纳米管的制备碳纳米管的制备目前主要有物理和化学两种方法。
物理方法包括火箭喷射法、旋转放电法等，而化学方法则有化学气相沉积法和电化学沉积法。
1.化学气相沉积法该方法是将碳源在高温条件下分解成碳原子，通过催化剂的作用，形成成碳纳米管。
这种方法不仅制备单壁碳纳米管效果好，而且大规模生产也更容易实现。
2.电化学沉积法在该方法中，采用电化学的方式，通过在电极表面沉积碳原子来生长碳纳米管。
该方法可以制备出高纯度的碳纳米管，而且能够精准控制碳纳米管的尺寸和形状。
二、碳纳米管的特性碳纳米管是一种具有许多非常优异的物理和化学性质的材料。
下面将介绍碳纳米管的一些基本特性：1.导电性碳纳米管具有优异的导电性，可以传导电子和晶体管结构。
这种性质使碳纳米管成为电子器件中的重要材料。
2.热导性碳纳米管的热导性能力非常强，这意味着碳纳米管可以被应用于热电子学、热成像和热磁传感器等领域。
3.机械强度碳纳米管具有非常出色的机械强度，可以被用于制造轻巧、高强度的复合材料和薄膜。
4.生物相容性碳纳米管的生物相容性相对较好，可以被应用于生物医学领域。
此外，碳纳米管还可以被用于药物传递、肿瘤治疗等方面的研究。
三、碳纳米管在各领域的应用碳纳米管的应用领域非常广泛，涵盖了能源、电子、生物医学、材料科学等多个领域。
下面将依次介绍碳纳米管在这些领域的应用。
1.能源领域碳纳米管可以被用于太阳能电池和燃料电池等领域，作为优秀的材料之一。
由于具有优异的电子性能和催化性能，碳纳米管对太阳能电池和燃料电池的效率有着非常重要的影响。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展目录一、内容概述 (2)二、碳纳米管及复合材料的概述 (2)1. 碳纳米管的基本性质 (3)2. 碳纳米管复合材料的制备 (4)3. 碳纳米管及其复合材料的应用领域 (5)三、柔性应变传感器的原理及发展现状 (6)1. 柔性应变传感器的基本原理 (8)2. 柔性应变传感器的发展现状 (9)四、基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究进展 (10)1. 碳纳米管柔性应变传感器的研究现状 (11)（1）制备工艺研究 (13)（2）性能研究 (14)2. 碳纳米管复合材料柔性应变传感器的研究进展 (15)（1）复合材料的类型及性能特点 (17)（2）传感器的制备工艺优化 (18)（3）应用研究及成果展示 (18)五、面临的挑战与展望 (20)1. 目前研究面临的挑战分析 (21)2. 未来发展趋势及展望分析 (22)一、内容概述柔性应变传感器作为一种新型的传感器技术，具有结构简单、响应速度快、灵敏度高、抗干扰能力强等优点，在工程测量、生物医学、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于碳纳米管及其复合材料的柔性应变传感器研究取得了显著的进展。
本文将对这一领域的研究现状进行梳理，重点关注碳纳米管及其复合材料在柔性应变传感器中的基础研究、制备方法、性能优化以及应用实例等方面的最新进展。
通过对国内外相关研究成果的分析和对比，总结了目前该领域的主要研究方向和发展趋势，为进一步推动柔性应变传感器的研究与应用提供参考依据。
二、碳纳米管及复合材料的概述碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料。
由于其高导电性、高热导率、高机械强度以及良好的化学稳定性，CNTs在电子、传感器、复合材料等领域得到了广泛的应用。
基于碳纳米管的柔性应变传感器因其高灵敏度、良好的机械柔韧性和稳定性受到了研究者们的广泛关注。
随着科技的进步，单一的碳纳米管在某些应用场景中可能难以满足复杂多变的需求，于是人们通过一定的工艺和技术，将碳纳米管与其他材料相结合，形成复合材料。
材料科学中的碳纳米管应用研究
材料科学中的碳纳米管应用研究碳纳米管是一种以碳为主要成分的纳米材料，其直径一般在1~100纳米之间，长度可以从数微米到数厘米不等。
碳纳米管具有高强度、高刚度、高导电性、高导热性和高阻抗等出色的物理和化学性能，因此在材料科学相关领域中的应用研究日益成熟。
碳纳米管作为新一代高强度功能材料正在不断展示着其强大的潜力。
除了在电子学领域的应用（例如在微电子、纳米器件制造等方面的应用）外，碳纳米管在材料科学的各个领域都有着广泛的应用前景。
下面，本文就碳纳米管在材料科学相关领域中的应用研究一一进行讨论。
1. 强化材料碳纳米管作为一种高强度材料，可以用于强化各类基础材料，例如水泥、混凝土、钢、陶瓷等。
对于钢铁行业而言，将碳纳米管与钢合并后能够显著增强其耐交变荷载的性能。
自2012年以来，相继有多家企业开始尝试使用碳纳米管这一新型高强度材料进行钢铁加固作业，其中，日本钢铁企业早在2005年就已经开始使用碳纳米管进行金属加固工程。
在铝合金方面，研究人员也在尝试利用碳纳米管增强其的性能。
预计未来这一领域研究的深入，碳纳米管将能给铝制品行业带来更大的发展前景。
2. 储能材料碳纳米管具有高的比表面积和高导电性，这种特性使得碳纳米管可以用作超级电容器、锂离子电池等的电极材料。
其中，碳纳米管锂离子电池的研究具有很大潜力，其优点在于充电时间短，电池寿命长且具有高的能量密度。
此外，因为其具有良好的导电性和尺度效应 , 也可以用于柔性电池、生物医学器材等领域，未来其应用范围将会很广。
3. 传感器由于碳纳米管的高导电性和高表面积，也使得其成为了制作传感器的理想材料。
在纳米传感器领域，研究人员已经尝试利用碳纳米管制造高灵敏度的气敏、压力敏、温敏等各类传感器，其中最为瞩目的莫过于医疗领域的应用。
由于碳纳米管具有无毒性和生物相容性，因此将碳纳米管用于医疗传感器制造带来都极大的帮助。
目前，在医学应用领域中，已经出现了疏水型、亲水型等基于碳纳米管的传感器，这些传感器能够在患者体内获得高效率的荧光成像和MRI扫描等。
亲水碳纳米管
亲水碳纳米管
摘要：
1.亲水碳纳米管的定义和特性
2.亲水碳纳米管的应用领域
3.亲水碳纳米管的研究现状和未来发展
正文：
1.亲水碳纳米管的定义和特性
亲水碳纳米管是一种纳米材料，它的内部结构类似于碳纳米管，但在其表面修饰有亲水性基团，使得其具有良好的亲水性能。
这种特殊的性质使得亲水碳纳米管在很多领域有着广泛的应用。
2.亲水碳纳米管的应用领域
亲水碳纳米管的应用领域非常广泛，包括生物医学、环境工程、能源储存和转换等。
由于其优良的亲水性能，亲水碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用，如用于药物传递、肿瘤治疗和生物成像等。
在环境工程领域，亲水碳纳米管可以用于水污染物的去除和污水处理。
在能源领域，亲水碳纳米管可以用于锂电池的电极材料，提高锂电池的储能性能。
3.亲水碳纳米管的研究现状和未来发展
亲水碳纳米管的研究始于上世纪90 年代，随着技术的发展，亲水碳纳米管的制备方法和应用领域不断被拓展。
目前，亲水碳纳米管的制备方法主要有气相沉积法、湿化学法和模板法等。
在应用领域，亲水碳纳米管已经在生物医学、环境工程和能源等领域得到了广泛应用。
未来，亲水碳纳米管的研究将主要集中在提高其性能和拓展新的应用领
域。
在制备技术方面，研究人员将寻求更高效、更环保的制备方法。
纳米碳纳米管
纳米碳纳米管一、啥是纳米碳纳米管呢？纳米碳纳米管啊，就像是微观世界里超级神奇的小管子。
它们可细可细了，细到你用肉眼根本看不见。
这些小管子是由碳原子组成的，就像一群碳原子手拉手围成了一个个小圈圈，然后这些小圈圈又串成了管子的形状。
想象一下，碳原子们就像一群超级有纪律的小士兵，整整齐齐地排列着，组成了这么奇妙的结构。
二、纳米碳纳米管的特性1. 它的强度可不得了。
虽然它那么小，但是它的强度比钢铁还要高好多倍呢。
就好比是一个小小的大力士，能承受住超级大的压力。
你要是用钢铁做的东西和纳米碳纳米管做同样的事情，纳米碳纳米管做的肯定能坚持更久。
2. 它的导电性也很棒。
电子在这个小管子里跑得可欢快了，就像在高速公路上一样顺畅。
这就使得它在电子领域有着很大的潜力，可以用来做超级小的电子元件，说不定以后我们的手机、电脑之类的电子产品会因为它变得更小更厉害呢。
三、纳米碳纳米管的应用1. 在材料科学领域可以用来制造超强的复合材料。
比如说，把纳米碳纳米管加到塑料里，这个塑料就不再是那种软趴趴的普通塑料了。
它会变得又强又硬，可能就可以用来做一些高强度的结构部件了，像汽车的某些零件或者飞机的机翼之类的。
还可以用来制造新型的建筑材料。
想象一下，用了纳米碳纳米管的建筑材料盖的房子，那肯定超级坚固，说不定地震来了都不怕呢。
2. 在能源领域可以用于电池的制造。
它能够提高电池的性能，让电池充电更快，放电更持久。
以后我们的电动汽车要是用了这种电池，就不用老是担心电量不够啦，开着车可以跑得更远。
也可以用于制作超级电容器。
这种电容器能够快速地储存和释放电能，在一些需要瞬间大功率输出的设备上特别有用，比如一些高科技的武器装备或者大型的工业设备。
四、纳米碳纳米管的研究现状现在啊，好多科学家都在研究纳米碳纳米管呢。
他们在实验室里想尽各种办法来制造更完美的纳米碳纳米管，想办法让它的性能更好，成本更低。
不过呢，目前也存在一些问题。
比如说，纳米碳纳米管的大规模生产还不是很容易，成本也比较高。
碳纳米管技术的应用前景
碳纳米管技术的应用前景碳纳米管(CNTs)是由碳原子以六角形排列构成的管状结构，具有强度高、导电性好、导热性好等特点。
近年来，碳纳米管技术在众多领域中迅速发展，成为各个行业的研究热点。
本文将分别从电子信息领域、材料学、生物医学领域、环保等方面论述碳纳米管技术的应用前景。
电子信息领域碳纳米管的导电和导热性能优异，因此将其应用于电子信息领域具有广泛的前景。
在电子显示器材料方面，碳纳米管与传统材料相比有许多优点，如尺寸小、自发发光、低成本、优异的穿透性能等，可以应用于柔性显示器、照明等。
在微处理器方面，碳纳米管的输电性能优异，可以提高微处理器的工作速度。
此外，由于碳纳米管的晶体结构完整、表面光洁度高，可用于高速电路和高灵敏度探测器制造中。
材料学领域碳纳米管的强度高、导电性好、导热性好等特性使其成为理想的增强材料。
与金属材料相比，碳纳米管具有很高的强度和韧性，这些特点使得它可以被用于增强复合材料中。
在材料强化方面，碳纳米管能够使纳米复合材料的强度和硬度增加3-5倍。
在纤维强化方面，碳纳米管的高强度和轻质化使得其成为理想的材料用于制造坦克、机器人等。
生物医学领域碳纳米管在生物医学领域中的应用具有广泛的前景。
首先，碳纳米管可以作为载药系统，将药物包装在管内，在经过单一的SWCNT进口与出口后释放药物。
其次，碳纳米管可以被用于制造生物传感器，它能够快速准确地检测DNA、蛋白质等生物分子。
此外，碳纳米管还显示出很高的生物相容性，可以用于人体放射性分层检测、X光治疗以及水分子传输等。
环保领域碳纳米管在环保领域中的应用前景也十分广泛。
碳纳米管可以被用于制造高效催化剂，在水净化和空气净化方面具有广泛的应用前景。
另外，碳纳米管还可以被用于制造高活性炭，用于水处理和处理废气，维持生态平衡。
结语总之，碳纳米管技术的应用前景正在不断扩大，且其具有广泛的研究价值。
虽然我们在使用碳纳米管技术时还需要克服一些困难，如制备成本、稳定性和生产规模等问题，但相信在未来，随着更多研究的进行，这些问题将会得到解决，碳纳米管将成为未来众多领域的科技主导。
碳纳米管技术的应用前景与发展趋势
碳纳米管技术的应用前景与发展趋势近年来，人们对碳纳米管的研究越来越深入，其强大的性能和多样的应用使其受到了广泛的关注。
碳纳米管是由碳元素构成的一种管状结构物质，具有高强度、高导电性、高导热性等优异的物理和化学性能。
今天，我们将深入探讨碳纳米管技术的应用前景与发展趋势。
1. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域中的应用前景非常广阔。
首先，碳纳米管可以被用于生物传感器的制造，用于检测人体内各种物质，如葡萄糖、蛋白质、DNA等，从而提高诊断的准确性。
其次，碳纳米管还可以用于药物传递系统的研究和制造。
由于其小尺寸和长管状结构，碳纳米管可以轻松地穿过细胞膜，将药物精准地输送到目标位置。
同时，碳纳米管还可以被用于生物成像，例如患者的癌细胞、血管等都可以用碳纳米管来成像，提高诊断效率。
2. 环保领域碳纳米管在环保领域的应用也备受瞩目。
碳纳米管的高导电性和高催化活性使其成为制造高效能水处理系统的理想材料。
碳纳米管可以通过电化学反应或光催化反应，快速分解水中的有害物质，如有机污染物、重金属离子等。
此外，碳纳米管还可以被用于太阳能电池的制造，通过光电转换将太阳能转化为电能，以此来提高能源利用效率。
3. 材料领域碳纳米管在材料领域中的应用也非常广泛。
首先，碳纳米管可以被用于制造复合材料。
高强度和硬度的碳纳米管可以被用于加强塑料、橡胶、金属等材料的力学性能，从而延长材料的使用寿命。
另外，碳纳米管还可以被用于制造超级电容器、超级电池等高效能电子元件，提高电子设备的性能。
总的来说，碳纳米管技术的应用前景非常广泛，从生物医学到环保再到材料等多个领域都有着重要的应用价值。
未来，随着碳纳米管技术的不断发展和进步，我们相信碳纳米管应用的前景和发展趋势会越来越广泛和明显。
碳纳米管复合材料在电磁屏蔽中的应用
碳纳米管复合材料在电磁屏蔽中的应用近年来，随着无线通信、雷达系统、电子设备等领域的迅速发展，电磁波辐射对环境和人体健康的影响越来越受到关注。
为了有效地防护电磁辐射，碳纳米管复合材料被广泛应用于电磁屏蔽领域。
本文将重点探讨碳纳米管复合材料在电磁屏蔽中的应用现状、特性和发展前景。
1. 碳纳米管复合材料的基本概念碳纳米管是由碳原子构成的纳米级管状结构，具有良好的导电性和导热性能。
碳纳米管复合材料是将碳纳米管与其他材料（如聚合物、金属等）进行复合制备而成，既发挥了碳纳米管的优异性能，又兼有其他材料的优点。
2. 碳纳米管复合材料的电磁屏蔽机制碳纳米管复合材料在电磁屏蔽中的作用机制主要包括吸收、反射和散射。
碳纳米管可以通过吸收电磁波的能量将其转化为热能，从而实现电磁波的屏蔽效果。
此外，碳纳米管还可以通过反射和散射电磁波的方式将其导向其他方向，从而降低电磁波在材料内的传播。
3. 碳纳米管复合材料的制备方法制备碳纳米管复合材料的方法主要包括机械混合法、溶液浸渍法、电泳沉积法等。
机械混合法是将碳纳米管和基质材料进行机械搅拌，使其均匀混合；溶液浸渍法是将碳纳米管分散在溶液中，再将基质材料浸渍于其中；电泳沉积法是利用碳纳米管在电场作用下沉积到基质表面。
不同的制备方法可以得到具有不同性能的碳纳米管复合材料。
4. 碳纳米管复合材料在电磁屏蔽中的应用碳纳米管复合材料在电磁屏蔽领域具有广泛的应用前景。
首先，由于碳纳米管具有优异的导电性能，可以用于制备导电性能良好的电磁屏蔽材料。
其次，碳纳米管复合材料具有较低的密度和良好的力学性能，可用于制备轻量化的电磁屏蔽材料。
此外，碳纳米管复合材料还可以在微波和毫米波频段提供较高的电磁屏蔽效果，适用于无线通信和雷达系统等领域。
5. 碳纳米管复合材料的发展前景随着电子技术的不断进步和应用领域的扩大，对电磁屏蔽材料的需求也越来越大。
碳纳米管复合材料作为一种具有优异性能的材料，在电磁屏蔽领域有着广阔的应用前景。
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文章编号:1001-9731(2000)-0119-02碳纳米管及其应用的研究现状Ξ朱绍文1,贾志杰2(1.华中师范大学应用物理研究所,湖北武汉,430079;2.清华大学机械工程系,北京100084)摘 要: 在世界范围内,碳纳米管及其应用的研究成为当前材料研究的热点。
通过最近数年的研究,科技界对于碳纳米管的特性及应用前景有了深刻的认识。
目前研究的重点集中在较大批量生产(公斤级/日)和全面应用方面。
关键词: 碳纳米管;电子器件;纳米复合材料中图分类号: T B3831 引 言自K roto和Smalley于1985年发现碳纳米管(获得1996年诺贝尔化学奖)[1,2],以及NEC公司电镜专家I ijima在用电弧法制作C60时生产出第一根碳纳米管以来[3],在世界范围内掀起一股碳纳米管热。
其中美国居于领先水平,从医学到电子、复合材料等领域,高投入、全方位地开展研究。
日本紧随其后。
我国也在几年前开始这方面的研究,并有重点地(电子领域)加强力量,进行应用开发研究。
到目前,关于碳纳米管本身特性及生产方法的研究已取得重大进展,开始进入到碳纳米管批量生产及碳纳米管应用方面。
碳纳米管是一种主要由碳六边形(弯曲处为碳五边形和碳七边型)组成的单层或多层纳米级管状材料,由自然界最强的C—C共价键结合而成,因此具有非常高的强度(理论值是钢的100多倍,碳纤维的近20倍),同时还具有很高的韧性、硬度和导电性能[4～8]。
目前研究的重点己经转移到碳纳米管的较大批量生产及其应用领域。
应用领域里最具潜力的应用是在电子和复合材料领域。
2 碳纳米管的制备碳纳米管的制备包括碳纳米管的生产及处理。
碳纳米管虽然具有很好特性及诱人的应用前景,但首先只有碳纳米管的生产实现了规模化生产才有意义。
碳纳米管的生产开始采用石墨-电弧法,后来发展到具有较大产量的化学气相沉积(CVD)法[10～14]。
催化剂一般采用铁基、钴基或镍基催化剂。
各种催化剂各有其优点,用得较多的是镍基催化剂。
实验室产量从每炉次10毫克级发展到10克级(国内己达到的水平),己经具备工业化生产条件。
当然,要真正实现工业化生产,还需要进一步研究和优化碳纳米管的生产工艺,设计出相应的能够实现连续合成碳纳米管的生产设备。
由于CVD法生产的碳纳米管粗产物里含有许多杂质,如SiO2、Fe、Co、Ni等金属颗粒,需要进行净化处理[15,16]。
由于碳纳米管具有很高的结构稳定性,耐强酸、强碱腐蚀,故碳纳米管的净化处理一般采用酸浸泡或酸煮的方式,然后用蒸馏水清洗。
另外,由于CVD法生产的碳纳米管缠绕成微米级大团,需要进行分散处理,以利于与其它材料进行复合制作纳米复合材料。
碳纳米管的分散处理采用浓硝酸或浓硫酸较长时间煮的方式或高速球磨机球磨的方式。
3 电子应用领域由于碳纳米管具有很高的导电性能,特别是经高温退化处理后(消除碳五边形和碳七边形结构)的碳纳米管,因此,目前碳纳米管应用研究的最大领域是在电子学领域。
第一,利用碳纳米管本身结构特点,研究新型电子器件。
如:利用碳纳米管的激发电压与钼针相比有大幅度降低,并具有自修补功能的特性,加之其纳米级尺寸,若用于研制场发射器件,可制成超大规模视屏系统[21]。
通过控制生产工艺,使碳纳米管中缺陷(碳五边形和碳七边形)集中于碳纳米管中部,制成电子纳米电子开关和纳米二极管[18]。
目前美国科学家正利用碳纳米管研制纳米三极管,如若成功,就可将集成电路尺寸降低两个数量级以上[19]。
根据这个思路,还有很多纳米电子器件的研究在进行中。
第二,利用碳纳米管导电性能好的特点,研制其它电子器件。
如:利用碳纳米管研制高能微型电池,用于计算机起动电源和汽车电子打火,具有体积小,能量高,使用寿命长的特点[17]。
将一定量的碳纳米管压成薄片,制成高能电容,能量比一般的电容高两个数量级(国家“九五”计划)[26,27]。
在一些器件表面镀上碳纳米管,制成导电膜,其导电性能提高很多[23,24]。
加碳纳米管加入到金属Al 中(少量),可明显提高其导电性。
在高分子材料中加入少量碳纳复米管,降低其电阻3个数量级以上,使其具有抗静电功能[17],等等。
4 复合材料领域由于碳纳米管具有非常高的强度[8],且耐强酸、强碱,600℃以下基本不氧化,又具有纳米级尺寸,若与工程材料复合,可起到强化作用。
因此关于碳纳米管复合材料的研究也成为其应用研究的一个重要领域。
用碳纳米管制作复合材料研究,首先在金属基上进行,如:Fe/碳纳米管、Al/碳纳米管、Ni/碳纳米管、Cu/碳纳米管等[28～31]。
复合方法一般有快速凝固法和粉末冶金法。
由于碳纳米管的尺寸与金属晶格相比显得太大,无法进入,被排斥在晶界上。
因而,当碳纳米管加入量超过一定值(一般为3%)时,就在晶界上集聚成团,削弱晶格间连接力,反而降低基体的强度。
另外,如Fe/碳纳米管、Al/碳纳米管、Ni/碳纳米管,在复合过程中部分碳纳米管与高温液态金属化合形成金属Ξ基金来源:湖北省科委重大科研攻关项目收稿日期:1998-12-10碳化物,将碳纳米管与金属基体割裂开,在碳纳米管与金属基体之间形成一层脆性界面。
将碳纳米管与纳米Si2C陶瓷复合也进行过尝试(清华大学机械工程系)。
考虑到碳纳米管与高分子材料具有相近的结构,近年,碳纳米管复合材料的研究重心己转移到高分子/碳纳米管复合材料方面[32,33]。
由于高分子材料的机械性能,特别是其抗拉强度普遍较低,因而,研究高分子/碳纳米管复合材料,用碳纳米管增强高分子材料,以扩展高分子材料的应用领域,具有很高的研究、推广价值。
如用原位复合法复合碳纳米管/PMMA,碳纳米管在复合过程中参与PMMA的加成聚合反应,与PMMA形成牢固的结合界面,将PMMA的机械性能大幅度提高。
在目前研究中的尼龙6/碳纳米管复合材料中,也显示出同样的效果。
总之,由于碳纳米管具有非常好的性能,其尺寸又处于纳米级,因而具有很好的应用前景,被誉为下世纪材料革命的引发剂。
在1997年年末,美国政府科技局将其列入最具代表的百项高科技发展研究项目,处于第43位(见1998年年初的《参考消息》)。
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