碳纳米管简介PPT课件

1、碳纳米管 简介 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,这就是碳纳米管 现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管第1页/共21页 碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为： 单壁碳纳米管（ SWNT）多壁碳纳米管（MWNT） 碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型： A:扶椅式单壁碳纳米管 B:锯齿形单壁碳纳米管 C:手性单壁碳纳米管 D:螺旋状碳纳米管 第2页/共21页15 TPa，与石墨片层相当(1.06TPa)， 比碳纤维高一

2、个数量级，约为钢的100 倍， 而密度仅为钢的1/6 10150GPa，石墨片层为36.5GPa，是 高强钢的20倍拉伸形变至40无明显脆性行为、塑性 形变和断裂第3页/共21页 d 6nm 导电性明显下降 d 6nm 优良的导电性 d 0.7 nm 表现出超导性 0.05 .m 10 m.mq 1010 1013 A/m2第4页/共21页真空环境可耐温至2800oC，空气中700oC理论值6000W.(m.K)-1；实验值3000W.(m.K)-1v 单根MWNT（直径14nm）的热导性测试结果 v 插图为用于热导性测试的微器件，标尺为10m第5页/共21页第6页/共21页第7页/共21页第

3、8页/共21页第9页/共21页第10页/共21页应用前景第11页/共21页应用前景碳纳米制造碳纳米制造“太空电梯太空电梯”或许有一天我们会沿着超轻超强的碳纳米管电缆，搭乘太空电梯上太空观光旅行。第12页/共21页应用前景碳纳米管制造人造卫星的拖绳碳纳米管制造人造卫星的拖绳 在航天事业中，利用碳纳米管制造人造卫星的拖绳，不仅可以为卫星供电，还可以耐受很高的温度而不会烧毁。第13页/共21页应用前景碳纳米管“蜘蛛衣” 一教授计划用一种名为碳纳米管的超细纤维来制造“蜘蛛衣”，这种材料内部中空。由于非常微小，它具有像壁虎刚毛一样的吸附效果。壁虎、蜘蛛的脚上长满了细小的刚毛，能敏锐地寻找到各种固体表面的

4、细微凹凸并吸附在上面。第14页/共21页应用前景 蜘蛛蜘蛛衣衣”的吸附力取决于与固体表面接触处的吸附力取决于与固体表面接触处的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几的碳纳米管数量。这种材料的外部直径只有几到几十纳米，相当于头到几十纳米，相当于头发丝的发丝的1/10万，因此一万，因此一片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管，片手掌大小的纤维中可容纳数十亿的碳纳米管，由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的由此产生的单位面积吸附力是壁虎脚的200倍。倍。把一双用这种材料制成、手掌面积为把一双用这种材料制成、手掌面积为200平方平方厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可以同时吊起厘米的高粘力手套粘在屋顶上，可以

5、同时吊起14个重量为个重量为83公斤的壮汉。公斤的壮汉。当然，要移动也很当然，要移动也很简单，只要沿着表面稍微上下左右挪动一下，简单，只要沿着表面稍微上下左右挪动一下，粘结处就会一点点断开。粘结处就会一点点断开。 这种这种高科技材料在科学方面有非常有趣的应高科技材料在科学方面有非常有趣的应用，像在太空中，舱外作业的宇航员就可以穿用，像在太空中，舱外作业的宇航员就可以穿上这种具有吸盘粘附功能的衣服。上这种具有吸盘粘附功能的衣服。 据据估计，估计，世界世界第一套第一套“蜘蛛衣蜘蛛衣”有望在有望在2017年前问世。年前问世。第15页/共21页应用前景碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧碳纳米管制成像纸一样薄

6、的弹簧 莫斯科大学的研究人员为了弄清纳米管的受压强度，将少量纳米管置于29Kpa的水压下（相当于水下18000千米深的压力）做实验。不料未加到预定压力的1/3，纳米管就被压扁了。他们马上卸去压力，它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。应用：科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像纸一样薄的弹簧，用作汽车或火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量。第16页/共21页应用前景 美国和巴西科学家的一项最新研究，发现了碳纳米管薄层在受到拉伸或压缩时，可以表现出一种超乎想象的力学性质。这一成果有望为碳纳米管带来巨大的应用前景，比如制造人工肌肉、传感器等。 大多数材料在朝一个方向拉伸时，另一个方向就会变细变窄。这种

7、现象可以用泊松比(侧向收缩比例与实际伸长比例的比值)来定量描述。然而，最新研究发现，一种特殊的碳纳米管薄层(也称巴克纸)却能够在拉伸和均匀压缩时，长度和宽度同时增加。也就是说这种材料具有负的泊松比。 碳纳米管薄层具有独特力学性质第17页/共21页应用前景因纳米碳管既轻又强度极高，是钢的10-100倍，用它来作防弹衣就像用羽绒做成的防寒服一样，既可折来叠去，又能抵御强大的子弹的冲击力。第18页/共21页q 与10年前相比，碳纳米管的价格有了显著降低，但仍显过高，特别是用于复合材料填 料时，与其它填料相比性价比偏高q 品质和产量间存在矛盾，如CVD技术能用来大量生产碳管，但所得产品石墨化程度 低，缺陷多，性能不尽如人意q 无论采用何种生产工艺，所得产物均为碳管与杂质的混合物，分离与提纯是必要工艺q 采用目前生产技术制备的碳纳米管无一例外的都是金属型和半导体型的混合物，合成 选择性较差q 优化目前的生产、分离和提纯工艺同