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1、第16卷第2期材料科學(xué)與工程總第62期Vo1116No12MaterialsScience&EngineeringJune1998新型納米材料——納米碳管董樹榮張孝彬涂江平王春生劉茂森浙江大學(xué)杭州310027【摘要】納米碳管是一種新型的納米材料,其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和性能引起了人們的廣泛關(guān)注。本文從材料科學(xué)的角度簡(jiǎn)要介紹了納米碳管的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、制備方法、分子結(jié)構(gòu)以及在材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和重大意義?！娟P(guān)鍵詞】納米碳管納米材料應(yīng)用ANewTypeNanometreMaterial——CarbonNanotubeDo
2、ngShurong,ZhangXiaobin,TuJiangping,WangChunsheng,LiuMaosenZhejiangUniversityHangzhou310027【Abstract】Regardedcarbonnanotubeasanewnanometrematerial,Ithasbeenpaidwidelyattentionbecauseofitsdistinctivemoleculestructureandperformance.Fromtheviewofmaterialscienc
3、ethispaperbrieflydescribeditsdiscovery,preparationmethod,moleculestructureandpotentialapplicationandsignifi2cantvalueinvolvedinthefieldofmaterialscience.【Keywords】CarbonnanotubeNanometrematerialApplication[4][5]maS.、BethuneD.等人以Fe、Co為催化劑進(jìn)行一納米碳管的發(fā)現(xiàn)電弧反應(yīng),生長(zhǎng)出了
4、單層、半徑1nm的碳管,S.[6]Amelinckx等采用金屬催化熱分解碳?xì)浠衔锾荚刈鳛樽匀唤缱钇毡榈脑刂?以其特法,制備出了螺旋狀的納米碳管。IvanovV.等[7]用有的成鍵軌道,形成了豐富多彩的碳的家族。一直以這一方法長(zhǎng)出了長(zhǎng)達(dá)50Lm的納米碳管等。納米碳來(lái)人們認(rèn)為自然界只存在三種碳的同素異形體:金剛石、石墨、無(wú)定形碳。1985年Kroto,Smalley等人[1]發(fā)現(xiàn)幻數(shù)為60的籠狀C60分子,其60個(gè)碳原子分別位于由20個(gè)六邊形環(huán)與12個(gè)五邊形環(huán)組成足球狀多面體的頂點(diǎn)上;1990年Krat
5、schmerW.用石墨[2]電極電弧放電首次宏觀量地合成了C60,其后,球形或橢球形的C70、C76、C78、C82、C84等又被相繼發(fā)現(xiàn),標(biāo)志著碳的同素異形體的又一大家族富勒烯的[3]興起。1991日本NEC的Iijima用真空電弧蒸發(fā)石墨電極,并對(duì)產(chǎn)物作高分辨透射電鏡(HREM),發(fā)現(xiàn)了具有納米尺寸的碳的多層管狀物——納米碳管,國(guó)內(nèi)學(xué)者常稱之為巴基管(見(jiàn)圖1)。巴基管的發(fā)現(xiàn)圖1巴基管模型及HREM照片掀起了續(xù)C60后富勒烯的又一次研究高潮。此后Iiji2·19·[10]管以它獨(dú)特的一維管狀分子結(jié)構(gòu)開辟了
6、納米材料的北大學(xué)用改變陽(yáng)極直徑、保護(hù)氣氛等反應(yīng)條件的新領(lǐng)域,人們對(duì)于它的研究正方興未艾。方法,將產(chǎn)量提高到含納米碳管30%,使得研究納米碳管的結(jié)構(gòu)和性能成為可能。但直接用石墨電極二納米碳管的分子結(jié)構(gòu)和性能制備的陰極沉積物中既存在納米碳管,也有納米碳顆粒、無(wú)定形碳、石墨等雜質(zhì),納米碳管的產(chǎn)量不高,[8]什么是納米碳管?ThomasW.定義是:由單而且分離困難。用加入催化劑擇優(yōu)催化生成納米碳層或多層石墨片卷曲而成的無(wú)縫納米級(jí)管。每片納管反應(yīng)的方法,可以降低反應(yīng)溫度并減少融合物。I22[4][5][11]米管是一
7、個(gè)碳原子通過(guò)SP雜化與周圍三個(gè)碳原子ijimaS.、BethuneD.、linX.等人以Fe、Co、完全鍵合而成的、由六邊形平面組成的圓柱面;其平Ni為催化劑進(jìn)行電弧反應(yīng),生長(zhǎng)出了高產(chǎn)率的納米面六角晶胞邊長(zhǎng)為2146A°,最短的碳2碳鍵長(zhǎng)碳管,內(nèi)含半徑約1nm的單層碳管;SupapanS.[12]1142A°,接近原子堆垛距離(1139A°)。多層納米碳等將Ni、Pt、Pa金屬粉末與丙醇調(diào)和塞入石墨陰管的層間接近ABAB?堆垛,片間距一般為極進(jìn)行電弧反應(yīng),發(fā)現(xiàn)用不同催化劑可以長(zhǎng)出不同0134A°,與石墨片間
8、距基本相當(dāng)。各單層管的頂端形態(tài)的納米碳管;IijimaS.等對(duì)不同金屬如Fe、Co、由五邊形或七邊形參與封閉。由于其直徑接近富勒Ni、Ti、Y、La、Si、Pa、Pt等的催化效果進(jìn)行比較,發(fā)[13][9]烯而長(zhǎng)度很長(zhǎng)(可達(dá)Lm級(jí)),也可將它看作拉長(zhǎng)的現(xiàn)Fe、Co、Ni的催化效果最明顯;TEM觀察發(fā)富勒烯。用電弧法制備的納米碳管外徑一般為20—現(xiàn)碳管長(zhǎng)度不長(zhǎng)且層數(shù)少,并由一些子束組成大束,[9]30nm,內(nèi)徑為1—
