1. 什么是碳納米管? 1991年日本NEC公司的飯島純雄(Sumio Iijima)首次利用電子顯
微鏡觀察到中空的碳纖維,直徑一般在幾納米到幾十個納米之間,長度為數微米,甚至
毫米,稱為“碳納米管”。理論分析和實驗觀察認為它是一種由六角網狀的石墨烯片卷
成的具有螺旋周期管狀結構。正是由于飯島的發現才真正引發了碳納米管研究的熱潮和
近十年來碳納米管科學和技術的飛速發展。 按照石墨烯片的層數,可分為:
1) 單壁碳納米管(Single-walled nanotubes, SWNTs):由一層石墨烯片組成。單壁管
典型的直徑和長度分別為0.75~3nm和1~50μm。又稱富勒管(Fullerenes tubes)。
2) 多壁碳納米管(Multi-walled nanotubes, MWNTs):含有多層石墨烯片。形狀象個
同軸電纜。其層數從2~50不等,層間距為0.34±0.01nm,與石墨層間距(0.34nm)相當。
多壁管的典型直徑和長度分別為2~30nm和0.1~50μm。 多壁管在開始形成的時候,層與
層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷,因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷
。與多壁管相比,單壁管是由單層圓柱型石墨層構成,其直徑大小的分布范圍小,缺陷少
,具有更高的均勻一致性。無論是多壁管還是單壁管都具有很高的長徑比,一般為100~
1000,最高可達1000~10000,完全可以認為是一維分子。
一、碳納米管的性能
1、碳納米管的力學性能
理論和實驗研究表明碳納米管具有極高的強度,理論計算值為鋼的100倍,但其密度僅為鋼的1/6。Treacy等人在透射電子顯微鏡中測定熱致振動的振幅,結果表明,碳納米管具有異常高的揚氏模量,平均值為118Tpa。同時碳納米管還具有極高的韌性,十分柔軟,它被認為是未來的“超級纖維”。
2、碳納米管的發射性能
由于碳納米管具有納米尺度的尖端,有利于電子的發射,科學家們預言并證實了碳納米管具有極好的場致電子發射效應。單壁碳納米管的直徑通常僅有1~2nm,長度可以達到幾十至上百微米,長徑比很大;而且其結構完整性好,導電性很好,化學性能穩定,具備了高性能場發射材料的基本結構特征。
3、碳納米管的電磁性能
碳納米管不同的直徑和螺旋度可以使其呈現金屬導電性或半導體特性。碳納米管具有獨特的導電性、很高的熱穩定性和本征遷移率,比表面積大,微孔集中在一定范圍內,滿足理想的超級電容器電極材料的要求。
4、碳納米管的吸附性能
由于碳納米管具有較大的比表面積、特殊的管道結構以及多壁碳納米管之間的類石墨層隙,使其成為最有潛力的儲氫材料,在燃料電池方面有著重要的作用。另外碳納米管也是一種超強的二惡烷吸附劑,比活性碳高10倍,可用來除去水中的二惡烷。
5.碳納米管的化學性能
在催化研究方面,碳納米管已被用于分散和穩定納米級的金屬小顆粒。由碳納米管制得的催化劑可以改善多相催化的選擇。
看了不少文獻,發現不同作者用的密度差別比較大,從1.2-2的都有.碳管的密度本來就很浮動,壓一壓密度就變大了
單壁碳納米管的雖然是單壁,但因為成鍵時的碳原子軌道雜化,使得單壁碳納米管的管壁厚度與碳原子的直徑直徑相差較大。
根據文獻(B. I. Yakobson, et al. Phys. Rev. Lett., 1996, 76, 2511)中的報道, 單壁碳納米管的管壁厚度大約為0.06nm