碳納米管是由石墨碳原子結(jié)晶而成的無縫、空心棒狀納米碳材料。 它可以看作是由石墨烯層卷起的半徑僅為幾納米的微管。 管的一端或兩端由富勒烯半球覆蓋。 根據(jù)碳納米管中碳原子的層數(shù)，碳納米管分為單壁碳納米管（）和多壁碳納米管（）。 單壁碳納米管由單層石墨卷制而成，內(nèi)徑1-6Na，長徑比高。 它們是結(jié)構(gòu)完美的單分子材料。 多壁碳納米管可以看作是由多個(gè)不同半徑的單壁碳納米管同軸套接而成，層寬為0.34Na。

主要表現(xiàn)

優(yōu)異的熱性能

由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與高分子材料相似，但碳納米管的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，并具有超高的長徑比，因此碳納米管具有超高的伸長硬度和良好的柔韌性和彈性。 碳納米管的伸長率和硬度是鋼的100倍，彈性撓度是鋼的5倍，密度僅為鋼的1/6。 碳納米管被壓碎后，除去壓力，它可以像彈簧一樣立即恢復(fù)到原來的形狀。

良好的導(dǎo)電性

由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片狀結(jié)構(gòu)相同，因此具有良好的熱性能，并且隨著碳納米管內(nèi)徑的減小，表現(xiàn)出更好的導(dǎo)電性，最高可達(dá)濁度的一部分金屬銅的比率。 一萬次。 據(jù)說，當(dāng)內(nèi)徑大于6Na時(shí)，碳納米管可視為量子線； 當(dāng)內(nèi)徑大于0.7Na時(shí)，碳納米管在高溫條件下具有超導(dǎo)性能。

良好的傳質(zhì)性能

由于碳納米管具有超高的長徑比，沿其厚度方向具有較高的熱交換性能，但沿其徑向的熱交換性能較低，因此利用碳納米管可以合成各向異性導(dǎo)熱材料。 。 據(jù)悉，碳納米管具有很高的導(dǎo)熱系數(shù)，只要將少量碳納米管混入其他材料中，就可以大大增強(qiáng)復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)。

優(yōu)異的光學(xué)性能

碳納米管具有光學(xué)偏振、光學(xué)各向異性、電致發(fā)光以及對(duì)紅外輻射異常敏感等特性。

良好的電磁性能

碳納米管的尖端具有納米級(jí)的曲率，只需相對(duì)較低的電流即可發(fā)射大量電子，表現(xiàn)出良好的場致發(fā)射特性。

其他屬性

碳納米管還具有熔點(diǎn)高（據(jù)說是已知材料中熔點(diǎn)最高）、吸附能力強(qiáng)、催化催化性能強(qiáng)、寬帶微波吸收能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

主要應(yīng)用

1、用于制備碳納米合成材料，如高硬度復(fù)合材料、導(dǎo)電塑料、電磁干擾屏蔽材料、隱形材料、暗室吸波材料等。 2、用于制造電物理元件，如掃描探頭的探頭顯微鏡、室溫探測器、燃料板、電極、生物傳感器等。 3.用于制作場發(fā)射顯示器件。 4.用于制造碳納米管場效應(yīng)晶體管。 5、用于制造超級(jí)電容器，碳納米管超級(jí)電容器是已知容量最大的電容器。 6、用于制作信息寫入和輸出探針，實(shí)現(xiàn)超高密度存儲(chǔ)。 7、用作催化劑或吸附劑。 8、用于制造超大型散熱器。 9、用于制造納米同軸電纜、電子開關(guān)、高速光電傳感器等。

制備方法

圓弧法

電弧法是最早制備碳納米管的方法，也是制備單壁碳納米管最重要的方法。 其制備過程為：在真空容器中充入惰性氣體或二氧化碳，以摻有催化劑的石墨作為電極。 當(dāng)電弧產(chǎn)生時(shí)，從陽極蒸發(fā)的石墨沉積在陰極石墨上，生成碳納米管。 電弧法特點(diǎn)是簡單、快速，制備的碳納米管筆直、結(jié)晶度高，但產(chǎn)值不高，且低溫時(shí)摻雜非晶碳雜質(zhì)造成缺陷。

激光蒸發(fā)

激光蒸發(fā)法主要生產(chǎn)單壁碳納米粒子。 制備過程如下：將與金屬催化劑混合的石墨靶材放入密閉的長石英管中，將石英管放入加熱爐中，當(dāng)爐溫升至1℃時(shí)，向管內(nèi)充入惰性二氧化碳，進(jìn)行輻照。用激光將石墨靶材制成氣態(tài)碳和催化劑顆粒，由氣流攜帶從低溫區(qū)到高溫區(qū)，在共同作用下生長成單壁碳納米管。 由于產(chǎn)值低、設(shè)備高等激勵(lì)因素，該方法尚未得到推廣應(yīng)用。

催化熱解

催化熱解法又稱物理液相沉積法，包括晶界法和底棲法。 碳化物法的過程是：將催化劑附著在石墨或陶瓷碳化物上，低溫通入的含碳二氧化碳在催化劑顆粒上分解生長碳納米管。 底棲法的工藝過程如下：首先將催化劑加熱，使其成為氣態(tài)，然后與碳?xì)浠衔锒趸家黄鹨敕磻?yīng)室，在不同溫度區(qū)分解，分解后的催化劑原子逐漸聚集成納米顆粒，底棲二氧化碳沉積在反應(yīng)室中。 在空間中，碳?xì)浠衔锒趸挤纸獾奶荚又饾u沉淀在催化劑納米顆粒的表面并形成碳納米管。 這些方法反應(yīng)室溫低、易于控制、產(chǎn)值高、產(chǎn)物含量高、成本低、適用性強(qiáng)，目前得到廣泛應(yīng)用。

其他制備方法

前景

碳納米管作為最具開發(fā)價(jià)值的納米材料之一，自被發(fā)現(xiàn)以來就引起了各國專家的關(guān)注。 經(jīng)過20多年的探索和實(shí)踐，碳納米管已經(jīng)進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)和使用階段。 近五年來，碳納米管產(chǎn)業(yè)保持快速發(fā)展。 據(jù)業(yè)內(nèi)專業(yè)人士介紹，2016年我國碳納米管產(chǎn)值增速達(dá)到80%左右。 2017年，大量企業(yè)正在布局或拓展碳納米管產(chǎn)業(yè)。 我們相信，隨著碳納米管的不斷探索和智能制造的快速發(fā)展，碳納米管必將發(fā)揮更加重要的作用，并將繼續(xù)保持快速發(fā)展。

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