碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)(徑向尺寸為納米量級(jí)，軸向尺寸為微米量級(jí)，管子兩端基本上都封口)的一維量子材料。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2~20 nm。

    一、碳納米管可作為復(fù)合材料

由于碳納米管具有優(yōu)良的電學(xué)和力學(xué)性能，被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想添加相。碳納米管作為加強(qiáng)相和導(dǎo)電相，在納米復(fù)合材料領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力 。

碳納米管聚合物復(fù)合材料是第一個(gè)已得到工業(yè)應(yīng)用的碳納米管復(fù)合材料。由于添加了電導(dǎo)性能優(yōu)異的碳納米管，使得絕緣的聚合物獲得優(yōu)良的導(dǎo)電性能。根據(jù)基體聚合物的不同，通常3%~5%加載量即可獲得消除靜點(diǎn)堆積的效果。實(shí)驗(yàn)表明，2%碳納米管的添加量可達(dá)到添加15%碳粉及添加8%不銹鋼絲的導(dǎo)電效果。由于低的加入量及納米級(jí)的尺寸聚合物在取得良好的導(dǎo)電性能時(shí)，不會(huì)降低聚合物機(jī)械及的其它性能，并適合于薄壁塑料件的注塑成型。

  二、碳納米管可作為電化學(xué)器件

碳納米管具有非常高的表面積比，根據(jù)直徑和分散程度不同，碳納米管的比表面積在250~3000m2/g，加之優(yōu)異的導(dǎo)電性能和良好的機(jī)械性能，碳納米管是電化學(xué)領(lǐng)域所需的理想材料，是用做制造電化學(xué)雙層電容器超級(jí)電容器電極的理想材料。碳納米管電容器電容量巨大，和普通介電電容器相比，電容器電容量從微法拉級(jí)上升到法拉級(jí)。碳納米管電容量可到每克15~200法拉。目前數(shù)千法拉的電容器已被生產(chǎn)。

三、碳納米管的氫氣存儲(chǔ)應(yīng)用

氫能量蘊(yùn)含值高，不污染環(huán)境，資源豐富，被認(rèn)為是未來(lái)理想的能源，但由于氫氣存儲(chǔ)困難，其使用受到了很大限制。目前氫氣存儲(chǔ)方法主要有金屬氫化物、液化、高壓儲(chǔ)氫及有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫等，它們各自雖有一定優(yōu)勢(shì)，但均存在一些弊端。如：金屬氫化物不但昂貴而且很重;高壓儲(chǔ)氫安全性受到影響。碳納米管儲(chǔ)氫是具有很大發(fā)展?jié)摿Φ膽?yīng)用領(lǐng)域之一。室溫常壓，下約三分之二的氫能從碳納米管釋放出來(lái)，而且可被反復(fù)使用。碳納米管儲(chǔ)氫材料在燃料電池系統(tǒng)中用于儲(chǔ)氫氣存儲(chǔ)，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展具有非常重要的意義。可取代現(xiàn)用高壓氫氣罐，提高電動(dòng)汽車安全性。研究室碳納米管儲(chǔ)氫以取得許多研究成果。分別獲得了單壁碳納米管4.2 w/%，鋰摻雜多壁碳納米管20 w/ %，鉀摻雜多壁碳納米管14 w/ % 的儲(chǔ)氫效果。美國(guó)能源部制定了一個(gè)商用標(biāo)準(zhǔn)為6.5w/%。即，儲(chǔ)氫能力65kg/m3，可提供電動(dòng)車行駛500公里所需的能源。燃料電池在移動(dòng)電源(手機(jī)、電腦等)家庭電源、分散電站、水下機(jī)器人、航天器、空間站、潛艇(不依賴空氣推進(jìn))等領(lǐng)域有廣闊用途。

單壁碳納米管介紹

單壁碳納米管具有優(yōu)異的電子、機(jī)械、力學(xué)等性能，尤其是對(duì)電子和空穴都具有超高的遷移率，因此，國(guó)際半導(dǎo)體路線圖委員會(huì)2009年確定其為未來(lái)最有可能應(yīng)用的新型器件材料。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可控的制備是單壁碳納米管應(yīng)用的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，然而，經(jīng)過(guò)二十余年的努力，尚未有可能的解決方案，這已經(jīng)成為碳納米管研究和應(yīng)用發(fā)展的瓶頸。

李彥課題組十幾年來(lái)一直致力于單壁碳納米管的可控生長(zhǎng)研究，特別是在催化劑研究方面打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，形成了自己的特色。基于對(duì)碳納米管生長(zhǎng)催化劑性能的深入了解，他們提出了一種利用具有固定結(jié)構(gòu)的催化劑來(lái)調(diào)控生成的單壁碳納米管結(jié)構(gòu)的方案。他們發(fā)展了一類鎢基合金催化劑，這種催化劑納米粒子具有非常高的熔點(diǎn)，能夠在單壁碳納米管生長(zhǎng)的高溫環(huán)境下保持其晶態(tài)結(jié)構(gòu)和形貌。同時(shí)，這類催化劑本身具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。

多壁碳納米管介紹

碳納米管是繼 C60之后發(fā)現(xiàn)的碳的又一同素異形體，其徑向尺寸較小，管的外徑一般在幾納米到幾十納米，管的內(nèi)徑更小，有的只有 1nm 左右;而其長(zhǎng)度一般在微米級(jí)，長(zhǎng)度和直徑比非常大，可達(dá) 103～106。因此，碳納米管被認(rèn)為是一種典型的一維納米材料。碳納米管自從被人類發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就一直被譽(yù)為未來(lái)的材料，是近年來(lái)國(guó)際科學(xué)的前沿領(lǐng)域之一。美國(guó)加州 Berkeley 大學(xué) Alex Zettl 教授認(rèn)為，就應(yīng)用前景對(duì) C60和碳納米管進(jìn)行全面的比較，C60可以用一頁(yè)紙概括，而碳納米管需要一本書(shū)來(lái)完成。

碳納米管復(fù)合材料介紹

《碳納米管復(fù)合材料》主要涉及碳納米管復(fù)合材料，在寫作過(guò)程中力求所涉應(yīng)用領(lǐng)域廣泛、有代表性?！短技{米管復(fù)合材料》內(nèi)容不僅包含了各種生物復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)材料、微波吸收材料、燃料電池材料、涂層材料，而且涵蓋了金屬、無(wú)機(jī)、高分子材料等基體材料?？紤]到復(fù)合材料研究的完整性，《碳納米管復(fù)合材料》在重點(diǎn)介紹碳納米管復(fù)合材料的制備、表征和應(yīng)用的同時(shí)，介紹了碳納米管的性能、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)，以及有關(guān)碳納米管復(fù)合材料的研究背景、基體材料的制備與表征方法等。全書(shū)較系統(tǒng)地介紹了碳納米管基本概念與性質(zhì)，碳納米管/羥基磷灰石復(fù)合材料，碳納米管/磷酸鈣骨水泥復(fù)合材料，凋亡腫瘤用碳納米管熱種子復(fù)合材料，碳納米管/鐵氧體低頻微波吸收材料，碳納米管增強(qiáng)金屬間化合物復(fù)合材料，碳納米管增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂/石墨雙極板復(fù)合材料，以及碳納米管/羥基磷灰石復(fù)合涂層的制備與微觀結(jié)構(gòu)研究。各章節(jié)之間力求既相對(duì)獨(dú)立，又相互聯(lián)系，在內(nèi)容上是一個(gè)整體。

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