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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。
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。
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。同年,香港科技大学物理系两位博士合成出全球最细的纳米碳管 。
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。但是由于现状科技的发展速度。以及科学家们的热爱程度,在2006年间国外市场慢慢的出现了用纳米碳管做散热材料,
由于纳米碳碳管发展的迅速,在2012年间流入中国散热市场,在这过程中有很多中国人尝试去研究纳米碳散热材料的涂层,在2013年6月13日,中国以纳米碳管作为散热的材料厂家成功走入市场。
氢气被很多人视为未来的清洁能源。但是氢气本身密度低,压缩成液体储存又十分不方便。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良容器,储存的氢气密度甚至比液态或固态氢气的密度还高。适当加热,...
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...
在碳纳米管的内部可以填充金属、氧化物等物质,这样碳纳米管可以作为模具,首先用金属等物质灌满碳纳米管,再把碳层腐蚀掉,就可以制备出最细的纳米尺度的导线,或者全新的一维材料,在未来的分子电子学器件或纳米电...
微波法制备纳米碳管-碳化钛复合粉体
以钛铁矿为原料,通过等离子体化学气相沉积,生长纳米碳管.再通过微波加热强制碳化得到碳化钛-纳米碳管(TiC-CNTS)复合粉体.研究纳米碳管的生长工艺和微波碳化处理工艺,得出合理的制备工艺条件:纳米碳管的制备条件为微波功率600 W,腔体气压5.5 kPa,甲烷流量3.3 mL·min-1,氢气流量55 mL·min-1,生长时间40 min.碳化条件:微波功率700 W,处理时间10 min.
纳米碳管/高密度聚乙烯复合材料性能的研究
应用熔融共混法制备纳米碳管/高密度聚乙烯复合材料。考查了纳米碳管含量及制备工艺对材料电性能和力学性能的影响。结果表明加入纳米碳管可以显著提高高密度聚乙烯的导电性,电阻率变化呈现渗流现象。渗流阈值在20%~25%之间,其电阻率下降8个数量级。随纳米碳管含量的增加复合材料的模量提高,断裂伸长率下降。经过对纳米碳管进行溶液浸润预处理,复合材料的导电性和力学性能均得到改善。
纳米粉体材料之星纳米碳管
纳米碳管,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。
纳米碳管由1991年日本科学家发现,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%,据世界领先水平。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。
近年来,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。
2008年实验发现曲率能够在纳米碳管产生电子自旋轨道耦合后,曲率自旋轨道耦合及其效应成为凝聚态物理学一个重要的研究方向,我们拟从理论上研究弯曲纳米碳管曲率产生载流子自旋轨道耦合的规律及其物理效应。研究直线单壁纳米碳管载流子自旋轨道耦合与其手征角间的关系,确定纳米碳管环、纳米碳管螺旋、纳米碳卷的构型几何产生的载流子自旋轨道耦合能。分析这些弯曲纳米碳管载流子自旋状态特性及弯曲附加自旋轨道耦合引起的能谱变化。计算直线纳米碳管、纳米碳管螺线等系统的电导率与自旋极化率。研究分别由直线纳米碳管、纳米碳管螺线和磁体构成的结,计算隧穿过程电导率、自旋极化率,并分析隧穿共振条件,确定弯曲构型几何对载流子隧穿透射率的影响。研究纳米碳管环的AB、AA及AC效应,讨论持续电流中的自旋轨道耦合响应。分析可能的电子自旋几何极化方案和自旋过滤系统,这些研究对发展凝聚态理论及研发新型介观自旋电子学器件都具有重要学术意义。
碳纳米管载流子的自旋轨道耦合通常很弱,实验上发现其弯曲几何构型可使载流子产生附加的自旋轨道耦合。在众多的弯曲纳米碳管中,几何构型所产生自旋轨道耦合规律及其对载流子运动的影响,是需要解决的而且非常关键的科学问题,这也是碳纳米结构自旋电子学研究一个非常迫切的问题。 本项目研究了直线单壁纳米碳管载流子自旋轨道耦合与其手征角间的关系,确定了纳米碳管环、纳米碳管螺旋、纳米碳卷的构型几何产生的载流子自旋轨道耦合能,分析了这些弯曲纳米碳管载流子自旋状态特性及弯曲附加自旋轨道耦合引起的能谱变化。发现旋量曲率效应是影响电子特性的一个重要因素,得到碳纳米管一个新的导电判据。预言出与传统判据矛盾的现象,即传统“金属”单层纳米碳管具有比传统“半导体”单层纳米碳管更大的带隙,我们的理论结果与实验观测数据完全符合,并修正了前人对实验观测数据理论解释错误。研究了电场对石墨烯纳米带中电子的de Haas-van Alphen效应的影响,发现电场可以调制de Haas-van Alphen振荡,理论预言出振荡坍缩现象。计算了石墨烯纳米带的比热,确定了比热随纳米带宽度变化关系。同时研究了应变对石墨烯纳米带比热的调制作用,发现应变在低温情况对比热的响应与高温情况下相反,该响应行为的转变温度约为110K。讨论了直线纳米碳管、纳米碳管螺线等系统的输运性质。研究了纳米碳管、石墨烯环的几何相位效应,讨论持续电流中的自旋轨道耦合响应,除了发现石墨烯环具有非零的AA相位外,还发现了存在非平庸的AA流,其中AA持续电流呈现帕波现象。在一定条件下AA流可以为方波,该效应可以应用来设计介观电流方波信号源。此外,从理论上预言了石墨烯周期结构在红外波段及更宽波段呈现非共振电磁左手超材料性质,并且外电场能够调控其左手特性的波段范围。从理论上构造出了具有磁光效应的石墨烯周期结构,发现石墨烯周期结构具有很强的磁光性质,预言了石墨烯周期结构的Verdet常数比通常掺稀土元素磁光玻璃值大1至2个数量级。以纳米螺旋结构为例,研究了的电子自旋几何极化方案和自旋过滤,发现曲率和挠率具有自旋极化效应和自旋极化方向旋转效应。 这些研究对发展凝聚态理论具有重要学术意义,对研发新型自旋电子学器件具有指导意义。