碳纳米管介绍PPT课件.ppt
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1、吕岩Carbon Nanotubes碳纳米管碳纳米管简介及其分类碳纳米管的性能碳纳米管的制备方法碳纳米管的应用一.二.三.四.一.碳纳米管简介又叫巴基管,碳的同素异形体由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管单壁碳纳米管多壁碳纳米管碳纳米管的结构与金刚石、石墨、富勒烯一样,是碳的一种同素异形体。它是一种管状的碳分子,管上每个碳原子采取sp2杂化,相互之间以碳-碳键结合起来。碳纳米管材料构http:/www.ppthi-碳纳米管于1991年由日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛澄男首先发现。他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
2、由管状的同轴纳米管组成的碳分子,这就是今天被广泛关注的碳纳米管。碳纳米管的发现1.1.按按形态形态分类分类实际制备的碳纳米管的管身并不完全是平直或均匀的,有时会出现各种结构,如弯曲、分叉、螺旋等。这些结构的出现多是由于碳六边形网格中引入了碳五边形和碳七变形所致。碳五边形引起正弯曲,碳七边形引起负弯曲。碳纳米管的分类变径型洋葱型海胆型竹节型念珠型纺锤型其他异型普通封口型螺旋型2.2.按按层数层数分类分类1)单壁碳纳米管(Single-walled nanotubes,SWNTs):由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直径和长度分别为 0.753nm和150m。又称富勒管(Fullerenes tub
3、es)。2)多壁碳纳米管(Multi-walled nanotubes,MWNTs):为由不同直径的单壁碳纳米管套构而成。形状象个同轴电缆。其层数从 250不等,层间距为0.340.01nm,与石墨层间距 (0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为230 nm和 0.150m。单壁碳纳米管多壁碳纳米管根据构成单壁碳纳米管的石墨层片的螺旋性,可以将单壁碳纳米管分为:3.3.按按手性手性分类分类非手性型(对称)手性型(不对称)扶手椅型锯齿型124.4.按按定向性定向性分类分类定向碳纳米管 非定向碳纳米管 12二.碳纳米管材料的性能碳纳米管主要的性能可以从五个方面说明力学性能力学性能其他性能
4、其他性能电学性能电学性能储氢性能储氢性能热学性能热学性能碳纳米管材料的性能 力学性能力学性能 金刚石是我们所知道的自然界中最金刚石是我们所知道的自然界中最为坚硬的物质。而作为金刚石的同素为坚硬的物质。而作为金刚石的同素异形体,碳纳米管具有良好的力学性异形体,碳纳米管具有良好的力学性能。能。硬度硬度:碳碳-碳共价键碳共价键是自然界中最稳定是自然界中最稳定的化学键,而碳纳米管的强度接近于的化学键,而碳纳米管的强度接近于碳碳-碳键的碳键的强度,强度,因此单壁碳纳米管的因此单壁碳纳米管的抗拉强度达到抗拉强度达到50200GPa,杨氏模,杨氏模量与金刚石相当,强度是钢的量与金刚石相当,强度是钢的100
5、倍。倍。碳纳米管材料的性能 力学性能力学性能弹性弹性:与金刚石的三维结构不同,碳:与金刚石的三维结构不同,碳纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具纳米管作为一维纳米材料可弯可拉具有有相当好的相当好的弹性弹性。实验。实验表明碳纳米管表明碳纳米管在拉升达原来长度的在拉升达原来长度的136%时仍时仍 然可然可以恢复到原来的以恢复到原来的样子。样子。而且即使受到而且即使受到了很大的外加应力,碳纳米管也不会了很大的外加应力,碳纳米管也不会发生脆性断裂发生脆性断裂 。碳纳米管材料的性能 电学性能电学性能 碳纳米管在电学性能上也有很碳纳米管在电学性能上也有很大的大的发展空间发展空间。实验表明不同类型的碳纳米管,实
6、验表明不同类型的碳纳米管,导电性能也不相同,例如,单壁纳米管导电性能也不相同,例如,单壁纳米管总是总是金属性金属性的的,手性,手性形纳米管中则部分形纳米管中则部分为半导体性,部分为金属性为半导体性,部分为金属性的。的。有报道说有报道说Huang通过计算认为通过计算认为直径为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性,的碳纳米管具有超导性,尽管其超导转变温度只有尽管其超导转变温度只有1.510-4K,但是预示着碳纳米管在但是预示着碳纳米管在超导领域超导领域的应用的应用前景。前景。二.碳纳米管材料的性能 热学性能热学性能 碳纳米管具有良好的碳纳米管具有良好的传热性能传热性能,由于是一维材料,其在径向上的
7、导热由于是一维材料,其在径向上的导热性能优越,我们甚至可以在性能优越,我们甚至可以在复合材料复合材料中掺杂中掺杂微量的碳纳米管微量的碳纳米管 ,使得复合材使得复合材料的热导率得到很大的改善。料的热导率得到很大的改善。碳纳米管材料的性能 储氢性能储氢性能 碳纳米管具有比较大的表面积,碳纳米管具有比较大的表面积,且具有且具有大量的微孔大量的微孔,其储氢量远远大,其储氢量远远大于传统材料的储氢量,因此被认为是于传统材料的储氢量,因此被认为是良好的存储材料。良好的存储材料。其他性能其他性能 碳纳米管还具有碳纳米管还具有光学和毛细光学和毛细,化学等其他良好的性能,也正是这些化学等其他良好的性能,也正是这
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