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纳米碳管

纳米碳管

纳米碳管

纳米碳管(CNT),管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管,每层的C是SP2杂化,形成六边形平面的圆柱面。碳纳米管同样也有天然产出的碳晶特性。使纳米碳管成为人们认知的碳原子材料。科学发现自然,自然验证科学。

纳米碳管由1991年日本科学家Sumio Iijima发现,具有优良的场发射性能,制作成阴极显示管,储氢材料。我国自制的碳管储氢能力达到4%,居世界领先水平。1992年,科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性;1995年,科学家研究并证实了其优良的场发射性能;1996年,我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长;1998年,科研人员应用碳纳米管作电子管阴极;1998年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;1999年,韩国一个研究小组制成碳纳米管阴极彩色显示器样管;2000年,日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。

我国科学家不仅在世界上合成出最长的碳纳米管,而且加紧了碳纳米管的应用研究,研制出具备良好储氢性能的碳纳米管和具备初步显示功能的碳纳米管显示器,并在利用其电子发射性能研制发光器件。

从纳米碳管的发现,到今天,已经整整20年了,可惜还依然没有看到当初科学家为纳米碳管所描绘的应用前景。根据笔者多年在该领域的研究,可以归纳为以下一个原因:1.获得高纯的纳米碳管非常困难:众所周知,纳米碳管不是单一的分子形态,传统的分离纯化方法对它不起任何作用;同时碳管有单壁、多壁,长短,粗细,金属非金属之分,这些都为纳米碳管的分离纯化设置了难以逾越的障碍。2.宏观与微观的差异:纳米碳管在微观领域有非常优异的力学、电子、热力学等特性;但是,现实生活中的应用是在宏观领域,如果把纳米碳管组装成宏观的器件或工具,它的那些在微观领域所具有的优良性能还有保存吗?我想答案大多数情况下是否定的。3.科学工作者的一厢情愿:在科学领域,每当有新的发现,科学家都会对它寄予厚望:超导体是如此,纳米碳管也是如此。但是,很多时候,得到的结果却是事与愿违的。综上所述,不管是纳米碳管也罢,富勒烯也罢,石墨烯也罢,科学家发现它们之后,总会给他们描绘一个美好的愿景,但是,至于能否实现这一愿景,只有天知道!

1.碳纳米管的力学性能

理论和实验研究表明,碳纳米管具有极高的强度,理论计算值为钢的100倍。同时碳纳米管具有极高的韧性,十分柔软,被认为是未来的超级纤维。这里的纳米碳管的力学概念是指,以单个单质特性存在的闭合全同粒子的原子力学性质。

2.碳纳米管的发射性能

单壁碳纳米管的直径通常是几个纳米,长度可以达到几十至上百微米,长径比很大,而且其结构完整性好,导电性很好,化学性能稳定,具备了高性能场发射材料的基本结构特征。这种高性能是在光电原子散射能效的的聚集,具有冷暗物质的一定能效。

3.碳纳米管的电磁性能

碳纳米管具有独特的导电性、很高的热稳定性和本征迁移率,比表大,微孔集中在一定范围内,满足理想的超级电容器电极材料的要求。碳纳米管的电磁效应同样存在着两端正负极场和单极粒子的特质性质,前者是以复合量子态的存在,是在下面第5行成复合材料人们的生活应用,而后着的单极碳粒子的性质是可以组成粒子点阵跃迁跳跃的纳米线,它的能效要有更高的辐射能量存在。

4.碳纳米管的吸附性能

碳纳米管具有较大的比表,特殊的管道结果以及多壁碳纳米管之间的类石墨层隙,使其成为最有潜力的储氢材料,在燃料电池方面有着重要的作用。

5.碳纳米管的化学性能

碳纳米管已被用于分散和稳定纳米级的金属小颗粒。由碳纳米管制得的催化剂可以改善多相催化的选择。

我们国内已经生产出长管,短管,羟基化碳管,羧基化碳管,高导电碳管,镀镍碳管,可溶性碳纳米管。碳纳米管可以做一些表面处理,经过表面处理后,可以溶在乙醇和丙酮中。镀镍碳纳米管广泛应用在防屏蔽上。在碳纳米管的产能上我国有以"南风化工"为代表的开发应用。

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