碳纳米管
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1991
年碳纳米管被发现以来,碳纳米管由于其独有的结构和奇特的物理、化学特?/p>
以及其潜在的应用前景而受到人们的关注。碳纳米管是由石墨中的的碳原子卷曲而成的管
状的材料,管的直径一般为几纳米(最小为
1
纳米左右)到几十纳米,管的厚度仅为几?/p>
米。实际上,碳纳米管可以形象地看成是类似于极细的铁丝网卷成的一个空心园柱状的长
“笼子”。碳纳米管的直径十分微小,十几万个碳管排起来才有人的一根头发丝宽;而碳
纳米管的长度却可到达一百微米,从某种意义上看,它是一种很好的、最细的纤维。图?/p>
表示出碳纳米管的形成和结构?/p>
碳纳米管的形成和结构
根据组成碳纳米管管壁中碳原子层的数目,碳纳米管可被分为单层碳管和多层碳管?/p>
作为一种新的材料,碳纳米管的强度比钢高
100
多倍,杨氏模量被估计为可高?/p>
1 TPa
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而比重却只有钢的
1/6
;同时碳纳米管还具有极高的韧性,十分柔软。它被认为是未来?/p>
“超级纤维”,是复合材料中极好的加强材料。碳纳米管导电性十分有趣,它可具有很好
的金属导电性(椅型碳管),也可具有半导体性。因此,它既可作为最细的导线被用在纳
米电子学器件中,也可以被制成新一代的量子器件,将来可能代替硅芯片,引起计算机技
术的革命。碳纳米管的顶端很锐,非常有利于电子的发射。它可用做电子发射源,推动壁
挂电视的发展。总而言之,碳纳米管的潜在的用途广泛。但就目前的研究水平来看,它?/p>
实际应用还有相当远的距离?/p>
目前,人们可以用电弧放电法、激光蒸发法和有机气体催化热解法来大量制备碳纳米
管?/p>
但从碳纳米管的基本性质研究和实际应用要求来看,碳纳米管的制备技术仍存在三个
方面的难题:
第一,目前的样品多呈杂乱分布,碳纳米管之间相互缠绕,难以分散;第
二,用电弧放电法制备的碳纳米管被烧结成束,束中还存在很多非晶碳等杂质,这样使?/p>
测量的各种物理和化学性质的结果比较分散,在导电性质和力学性质方面的测量结果与?/p>
论估计值相差甚远;第三,目前制备的碳纳米管的长度只有几十微米,只能用扫描隧道显
微镜和原子力显微镜等非常规方法来测量其物理性能,这给实验测量带来极大困难?/p>
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此,制备出离散分布的高质量碳纳米管,成为人们追求的目标之一?/p>