碳納米管文獻(xiàn)綜述

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1、文獻(xiàn)綜述納米碳管作為-?種碳素新材料，具有優(yōu)界的力學(xué)、電學(xué)、儲氫等物理性質(zhì)，在納米材料、納米生物學(xué)、納米化學(xué)等方而具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，成為近年來人們的研究熱點(diǎn)。大批量、低成木合成納米碳管是拓展納米碳管應(yīng)用研究的基礎(chǔ)，因此對納米碳管的合成研究也最多，并取得了一定的進(jìn)展。納米碳管的機(jī)械強(qiáng)度高，比農(nóng)面積人，界而效應(yīng)強(qiáng)，容易吸附金屬催化劑，而被認(rèn)為在催化劑載體領(lǐng)域里有很好的應(yīng)用前景。一碳納米管簡史研究碳納米管的歷史，町以追溯到1889年，一項(xiàng)專利闡明了如何制備一維碳納米材料,產(chǎn)物中可能冇碳納米管。1970年，法國奧林大學(xué)(UniversityofOrleans)的En-do用氣相生長技術(shù)制成了直徑為

2、7nm的碳纖維，由于他沒有對這些碳纖維的結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)致的評估和表征，所以并沒有引起人們的注意。后來科學(xué)家在研究C60,C70的基礎(chǔ)上認(rèn)識到產(chǎn)牛無數(shù)種近石墨結(jié)構(gòu)成為可能。1991年1月，H本筑波NEC實(shí)驗(yàn)室的飯島澄男首先用高分辨率電鏡觀察到了他認(rèn)為是一?種螺旋狀的微管，也就是碳納米管，文章發(fā)表在《自然》(Nature)雜志上。從而飯島成為公認(rèn)的碳納米管發(fā)現(xiàn)者。1993年，S」ijima等和DS°Bethune等同時(shí)報(bào)道了采用電弧法，在石墨電極中添加一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層悖壁的碳納米管，即單壁碳納米悖產(chǎn)物。1997年，AC.Dillon等報(bào)道了單壁碳納米管的中空管可儲存和穩(wěn)定氫分了，引

3、起廣泛的關(guān)注。二碳納米管的分類按照石墨烯片的層數(shù)，可分為：單壁碳納米管(Single?wallednanotubes,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?50umo乂稱富勒管(Fullerenestubes)：多壁碳納米管(Multi?wallednanotubes,MWNTs):含有多層石墨烯片。形狀象個(gè)同軸電纜。其層數(shù)從2?50不等，層間距為0.34±0.01nm,與石墨層間距(0.34nm)相當(dāng)。多壁管的典型直徑和長度分別為2?30nm和0.1~50卩m。三碳納米管的制備方法冃前合成納米碳管的方法主要冇電弧法、催化裂解法、化學(xué)氣相沉積法、

4、固相熱解法、激光法等。其中催化裂解法具冇方法簡便、條件容易控制、可大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，受到了人們的重視，成為制備納米碳管的主要方法。但一般的催化裂解法生產(chǎn)的納米碳悸粗品中，通常含冇催化劑載體，如SiO2：和AkOa,需經(jīng)分離、純化才能得到較為純凈的納米碳管。這樣既增加了中間步驟和生產(chǎn)成木，也降低了收率。其它得到碳納米管的方法：碳納米管可以在50°C的低溫下通過錐與納米孔狀無定形碳的放熱反應(yīng)自發(fā)形成；乙怏和苯低壓火焰燃燒的煙灰里也發(fā)現(xiàn)了碳納米管；以熔融堿金屬鹵化物為電解液，以石墨棒為電極，在氮?dú)鈿夥罩型ㄟ^電解方法合成了碳納米管以及蔥狀結(jié)構(gòu)；在粉末冶金法制備的合金Fe-Ni-C.Fe-Ni-Co-C

5、的微孔洞中發(fā)現(xiàn)了富勒烯和單層碳納米管。四碳納米管的純化碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管兩類，它們的性質(zhì)不同，所以其純化方法也有所不同;而且山于不同的制備方法和實(shí)驗(yàn)條件引人的雜質(zhì)不同，所以純化方法還因具體的制備方法而異。到目前為止，已經(jīng)提出的碳納米管的純化方法冇許多種,這些方法大致可分為物理方法、化學(xué)方法和綜合純化法。1、物理純化法(1)離心分離法由于石墨微粒、碳納米粒了和無定形碳等雜質(zhì)的粒度比碳納米管大，在離心分離時(shí)它們受到離心力的作用先沉積下來，而粒度較小的碳納米管則留在溶液中，從而分離。(2)電泳純化法Yamamoto等利用電泳原理，先將傳統(tǒng)電弧放電法所制備的CNTs充分分散于異丙

6、醇溶液中，離心除去較大的碎片，然后在充滿分散液的容器中放人兩個(gè)間距為0.4mm的共而鋁電極。因?yàn)镃NTs有電各向界性這一特征，所以當(dāng)兩個(gè)鋁電極之間加上大小為2.5X103V.cm-1的交變電場時(shí)，在電場的作用下，CNTs將向陰極移動，并沿著電場方向進(jìn)行冇規(guī)律的定向排列。計(jì)算表明，CNTs在電場中遷移速率大于5X10-5cm2.V-1.S-1o該方法根據(jù)電泳速率的不同將CNTs與其它雜質(zhì)顆粒分離，所得CNTs未受到損壞其研究人員還認(rèn)為電泳法為單根碳納米管的選擇和操作提供了可能。(3)過濾純化法碳納米管在具有水表而活性的溶液中可以呈動態(tài)穩(wěn)定的投膠狀分散物存在。過濾法具有簡捷、高效的特點(diǎn)，同時(shí)不會

7、破壞樣站，但該方法成本較高。(4)空間排斥色譜法空間排斥色譜法(SEC)也稱凝膠滲透色譜法。該方法是基于試樣分子尺寸和形狀的不同來實(shí)現(xiàn)分離。該方法所用的填充劑是凝膠，其孔穴大小應(yīng)與被分離試樣的大小相當(dāng)。對于那些太大的分了(如碳納米管)不能進(jìn)人孔穴而被排斥，故隨流動相移動而最先流出;小分子能深人大大小小的孔穴，完全不受排斥，而最后流出;中等大小的分了可進(jìn)人較大孔穴，但會受到較小孔穴的排斥，所以在介于上述兩種情況