纳米管
纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以耐受6500°F(3593℃)的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作金属导电体，比金的导电性高得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳米管在极低的温度下还具有超导性。
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纳米管比人的头发丝还要细1万倍，而它的硬度要比钢材坚硬100倍。它可以耐受6500°F(3593℃)的高温，并且具有卓越的导热性能。纳米管既可以用作金属导电体，比金的导电性高得多，也可以用作制造电脑芯片所必须的半导体。纳米管在极低的温度下还具有超导性。
纳米管的技术主要体现在纳米技术。纳米技术是20世纪80年代末期刚刚诞生并正在迅速崛起的用原子和分 子创制新物质的技术，是研究尺寸范围在在一百纳米以下的物质的组成，在这种水平上对物质和材料进行研究处理的技术称为纳米技术。美国的国家纳米科技启动计划(National Nanotechnology Initiative)将其定义为"1至100纳米尺寸间的物体，其中能有重大应用的独特现象的了解与操纵。" 这个极其微小的空间，正好是原子和分子的尺寸范围，也是它们相互作用的空间。在这样的一个尺度空间，由于量子效应、物质的局域性及巨大的表面和界面效应，使物质的很多性能发生质变。纳米科技是学习纳米尺度下的现象以及物质的掌控，尤其是对现存科技在纳米研究的延伸。纳米科技的世界为原子、分子、高分子、量子点和高分子集合，并且他们的表面效应有着显著的特点，如范德瓦耳斯力、氢键、电荷、离子键、共价键、疏水性、亲水性和量子隧穿等，而惯性和湍流等在大的物体时显示的效应则小得可以被忽略掉。
在纳米管应用于电脑运算的发展进程中，一个重要的里程碑就是把纳米管制造成电脑中所用的开关或晶体管。1998年，IBM公司所属威特森研究中心的一个研究小组即以此为目标进行了研究。研究人员证明单个 的纳米管可以具有晶体管的作用，而且提高了其晶体的导电性能。
然而，应用于电脑运算也只是纳米管展露其优越性的一个方面。人们可以把这些微型管粘合在一起，制成纤维或绳索，用作超导线缆，或者塑料及其他高级材料的超强加固剂。如果纳米管具备极强的挠性、强度和恢复力，它们将可合成高性能的体育和航空材料。由于其强大的张力，它们具有弯而不折且能恢复原来形状的特殊性能。
此外，纳米管还可应用于最需要导热性能的地方。例如，电动机如果采用纳米管做散热片，其中的塑料部件就不会被高温所熔化。这种微型材料还可置入需要耐受极度高温的材料之中，如飞机和火箭外部的嵌板等。美国国家航宇和宇航局期望将纳米管置入从防热层到宇航服等各种设施之中。
能源公司对纳米管也刮目相看。纳米管可以用来制造更小、更轻、效能更高的燃料电池，它还能够用于贮存用作能源的氢气。研究人员在平玻璃片或其他材料上把无数个纳米管排列起来，让它们看起来像一片收割的整齐麦田。日本的NEC和韩国的三星公司准备将这种由纳米管组成的"田野"做成电视机的显示屏，以取代电视机所采用的老式阴极射线管。
世界上有很多研究小组都在研发结构紧凑、效率更高的电脑，而随着集成电集成度的不断提高，芯片散热 的问题也就显得愈加突出。研究人员测算发现，纳米管的导热性能与已知的最佳热导体钻石几近，甚至纳米管的导热性能最终能达到钻石的两倍。摆在电脑设计人员面前的另一个问题是电路体积的缩小。研究人员发现采用硅芯片的容量最终将受制于物理障碍。那么，采用分子技术则是势在必然。如果说越小越好，那么纳米管理所当然是最好的材料。纳米管的管壁可以薄到只有一个原子，呈六角形排列的碳原子所构成的中空管直径比一根人发还要细1万倍。纳米管的长度可以达到其厚度的数千倍，这使它们具备了多种功用。
碳纳米管的独特结构决定了它具有许多特殊的物理和化学性质。组成碳纳米管的 C=C 共价键是自然界最稳定的化学键，所以使得碳纳米管具有非常优异的力学性能。
金刚石的导热系数最高，可以达到1000W/M*K，金属里面导热原理和导电的原理是一样的，银最高！
碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，在1991年1月由日本物理学家饭岛澄男发现。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子组成的数层到数十层的同轴圆管构成。层与层之间保持固定的距离，约0....
纳米管的类别有:硅纳米管、单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管、功能化多壁碳纳米管、短多壁碳纳米管、工业化多壁碳纳米管、石墨化多壁碳纳米管、大内径薄壁碳纳米管、镀镍碳纳米管。陨石碳质晶体纳米管。
碳纳米管的电学性能包括导电性能和超导特性两个部分，其中前一部分研究得最多。理论与实验均证实碳纳米管的导电性质与其微结构有着密切的关系。早期的实验发现，一些碳纳米管应是金属或窄能隙的半导体。1996年，Langer等人开始用两电极法研究单根多壁碳纳米管的输运特性，而Ebbesen等人为了避免样品的不良电接触，改用四电极法测量了单根多壁碳纳米管的电学特性。从单根多壁碳纳米管的电阻R来看，它们的差别确实很大，有些碳纳米管属于金属，而另一些属于半导体。一些研究组的实验显示，碳纳米管的电学性能与螺旋度有密切关联。
碳纳米管最令人瞩目的热学性能是导热系数。理论预测碳纳米管的导热系数很可能大于金刚石而成为世界上导热率高的材料。不过，测量单根碳纳米管的导热系数是一件很困难的事情，2014年还没有获得突破。将电弧法制备的单壁碳纳米管轧成相对密度为70%，尺寸为5mm×2mm×2mm的方块，Hone测得了室温下未经处理的碳纳米管块材的导热率为35W/(M·K)，该值远小于理论预测值。显然，碳纳米管块材中的空隙和碳纳米管之间的接触都将极大地减小碳纳米管块材的导热率。而且，与石墨相类似，碳纳米管沿轴方向与垂直于轴向方向的导热能力应有很大的不同。因此，该结果不能代表碳纳米管的实际热率。正如单根碳纳米管的电导率是碳纳米管管体材料的电导率的50-150倍一样，如果单根碳纳米管的电导率也是如此，那么碳纳米管的导热率应为1750-5800W/(M·K)。通过测量碳纳米管块材的导热率与温度的关系曲线可以推断，碳纳米管的导热是由声子决定的，并就此估计出碳纳米管中声子的平均自由程约为0.5-1.5μm。
利用X射线衍射和透射电子显微镜研究纳米碳管在5.5Gpa下的热稳定性也取得了重要进展。根据以往的研究，在常压真空条件下碳纳米管的热稳定性非常好，其结构在2800℃以下可能并不发生变化。实验发现，在5.5Gpa压力下，虽然碳纳米管的微结构在低温时没有发生明显的改变，但在950℃即开始发生变化，转变成类巴基葱和类条带结构，而在1150℃时转变成石墨结构，高压是这种转变的主要原因，高压可以促使碳纳米管结构的破裂，从而降低它的热稳定性。
碳纳米管论文
碳纳米管论文
碳纳米管看及其产业化 姓名：刘佳 班级：化学二班 学号： 2008600213 在 1991 年日本 NEC公司基础研究实验室的电子显 微镜 专家饭岛 (Iijima) 在高 分辨透 射电子 显微镜 下检验 石墨电 弧设 备中产 生的球 状碳分 子时，意外 发现了由管状的同轴纳米管组成 的碳分子 ,这就 是现在被称作的 “ Carbon nanotube”，即碳 纳米管 ,又名巴基 管。 1993 年。 S.Iijima 等和 DS。 Bethune 等同时 报道了采用电弧法，在石 墨电极中添加 一定的催化剂，可以得到仅仅具 有一层管壁的碳纳米管，即 单壁碳纳米管 产物。 1997 年，AC.Dillon 等报道了单壁碳纳米管的 中空管可储存和稳定氢 分子，引起广 泛的关注。相关的实验研究和理 论计算也相继展开。初步结 果表明：碳纳 米管自身重量轻，具有中空的结 构，可以作为储存氢气的优
纳米材料中的明星——碳纳米管
纳米材料中的明星——碳纳米管
本文介绍碳纳米管的发现、制备，以及它的性能和应用。
由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。
碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。2000年10月，美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”。
莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011 MPa的水压下（相当于水下10000米深的压强），由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置，能够大大减轻重量。
此外，碳纳米管的熔点是已知材料中最高的。
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。
常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向，其中Ch=na1 ma2，记为（n，m）。a1和a2分别表示两个基矢。（n，m）与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定（n，m）的纳米管，如果有2n m=3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n=m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。
碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
碳纳米管还具有光学等其他良好的性能。
炭纳米管的结构示意图
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
力学性能
由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。
碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。目前在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，即长度和直径之比。目前材料工程师希望得到的长径比至少是20:1，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料。2000年10月，美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”。
莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011 Pa的水压下(相当于水下18000米深的压强)，由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置，能够大大减轻重量。
此外，碳纳米管的熔点是目前已知材料中最高的。
导电性能
碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。
常用矢量Ch表示碳纳米管上原子排列的方向，其中Ch=na1 ma2，记为(n,m)。a1和a2分别表示两个基矢。(n,m)与碳纳米管的导电性能密切相关。对于一个给定(n,m)的纳米管，如果有2n m=3q（q为整数），则这个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于n=m的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。
传热性能
碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。
《碳纳米管化学》内容简介：碳纳米管是近年备受瞩目的明星纳米材料，在复合材料、传感器、光电器件等领域具有广泛的应用前景。然而碳纳米管的特殊结构和性质使其在溶剂中很难分散，极大阻碍了对碳纳米管的研究和应用，因此，碳纳米管的化学修饰成为解决其应用的前提条件之一。《碳纳米管化学》将对碳纳米管的化学性质或其化学反应活性进行全面而又简要的介绍，内容涉及碳纳米管的结构、纯化、表征技术、非共价修饰、共价键修饰、管中化学、碳纳米管的分散及分离及碳纳米管的超分子化学等方面。
《碳纳米管化学》可作为化学化工环境材料科技人员、高校相关专业师生参考阅读，也可作为安全技术及工程工程、防灾与减灾等专业的师生参考阅读。
碳纳米管性质