【碳纳米管的概述3200字】

碳纳米管的概述目录TOC\o"1-3"\h\u10833碳纳米管的概述 185531.1碳纳米管的主要性质 1294651.2碳纳米管的主要应用 2240151.2.1聚合物的增强剂 3123701.2.2电子器件材料 3110181.2.3碳纳米管在储氢材料领域的应用 396121.3碳纳米管天线的国内外主要研究进展 3早在1991年,S.ljima等[14]利用电弧蒸发的方法,在高倍增的电子显微镜下观察阴极石墨析出的物质时,发现了多壁的管状物质,这就是最早发现的多壁碳纳米管muiti-walledcarbonnanotubes,MWCNTs)。自从碳纳米管被发现后,许多科研工作着致力于其特性的研究。目前,碳纳米管作为一种前沿的纳米材料，具有远大的应用前景和独特的微观结构和物理化学性质而越来越受到科研工作者非的重视。目前,碳纳米管的应用研究还主要是在实验研究方面,常用制备的方法在实验室有石墨电弧、化学气相沉积法和激光蒸发法的方法，仔细分析后，就会发现：微细纳米加工技术和薄膜物理技术在其制备中起到了主流指导作用。经实验测量单根的碳纳米管的直径为纳米数量级,长度为微米数量级或者更长,随着实验制备条件和碳纳米管结构的不同其半径和长度会有不同的变化。通过碳纳米管实验制备方法的比较各有优缺点,但是电弧蒸发法的应用较为普遍,虽然制备的成本比较高,但制备出来的碳纳米管拥有较高的纯度,适合实验室里的研究工作。碳纳米管的主要性质碳纳米管作为碳元素的单质,它的结构可以由石墨烯来构造。石墨烯通过自身的卷曲构造成圆筒结构,两端加上端帽就形成了碳纳米管。碳纳米管具有诸多的特性,如高的导热性,导热系数能够达到6000W/(m.K)531;单根碳纳米管就有很高的力学强度,同时化学稳定性高,适宜作为长寿命、小型化和低功耗的微型电子器件,下一代电子器件将会以各类大分子材料为基础的电子设备。碳纳米管结构尺寸(如图2-1所示)等因素决定了其具有独特性能。首先是按照微观管型的分类:可以分为椅型管、锯齿管和手型管三类。碳管具有很大的长径比,管的直径在纳米数量级,长度能达到微米或者毫米数量级。碳管的这种微观结构也导致了具有量子效应的存在,和宏观物质相比其物理化学的性质也有所不同。图2-1碳纳米管结构示意图其次碳纳米管的原子级微观结构导致了它的的独特电子学性质。碳纳米管的微观结构和空间几何的特点决定了它在半导体物理学和电子学上是必然独特的。在碳管中,电子的运动受到空间限制且相互影响关联,其中碳管的能带宽度随着其结构的变化而发生改变,这也是碳纳米管最为特别的性质。随着结构的变化碳纳米管能隙可以从0变化到几百eV,在导电性方面可以表现为半导体性质或者金·属性质。在实际的导电性中还可以通过掺杂改变其导电性质。但总体而言,其导电性主要由碳纳米管的手型类型和直径等因素来确定。在半导体材料中,电子在传输的过程中会发生散射,使导体的电阻增大,发生散射的概率愈多电阻就会越大。由于电子在晶体中运动的过程会发生散射,电阻会发生了变化,进而影响电子的传输效率。但对于碳纳米管来说当电子的自由程(既是电子自由加速的距离)大于碳管的长度时,会产生长射程无散射的弹道运输[16]当电子在碳管中做弹道输运时,能量几乎不发生损失,提高了电子的传输效率,成为大功率光电导天线理想衬底材料。碳纳米管还具有光学方面的特性应用。除了在光电子器件等方面的应用外,碳纳米管也是很好感光材料,可以通过红外光谱、光致发光等效应来研究碳纳米管的物理特性及其光谱特征,通过显微镜光谱信息来研究碳纳米管的手性等特性,也可以通过红外射线等对单壁碳管的着照射形成PL光谱,这也是实验室研究碳纳米管的一种有效的手段[15]。碳纳米管的主要应用碳纳米管是具有代表性的典型维纳米材料,无论是在物理化学等科研领域还是作为新型电子器件的原材料都具有较大的应用价值。聚合物的增强剂碳纳米管作为纳米材料石墨烯的代表衍生材料,具有管状的中空结构、极高的长径比和杨氏模量。研究显示,碳管在受外力挤压或者扭曲的情况下具有很高的强度和韧性,将碳纳米管材料和其他纤维材料进行复合会产生强度较高的强度和韧性,而且形状可以进行认为的加工和改造。目前碳纳米管尚不能在生产上实现大规模生产,如果实现了大规模的生产,将会在聚合物增强剂方面带来一场革新。碳纳米管材料和其他复合材料相比,具有较高的稳定应和抗氧化性,能长时间使用且应变力比其它纤维材料要高出许多。电子器件材料随着制作工艺的发展,目前碳纳米管已经较为广泛的应用于电子器件的制作。相比于传统的大器件、高功耗的电子产品,碳纳米管制作的导线、光电导开关等器件具有微型化、低功耗和可携带等诸多优点。目前,应用较多的是生产具有金属半导体性的二极管和一些微型的电子器件:如定向输运电子的纳米导线、光电开光等。在1998年,王中林的研究小组在研究中发现了碳管的量子电导效应;之后,王等人通过金属氧化物制成了碳管纳米带状结构,在微观纳米级别的传感器以及光电子器件方面作出了很大的贡献。碳纳米材料作为中空的管状结构,可以作为制作其他材料导线的容器。把其他金属氧化物材料浇灌到碳纳米管管内,在通过化学手段把碳管剥掉,可以形成其他纳米尺寸的金属氧化物导线,进而应用于纳米器件上。碳纳米管在储氢材料领域的应用氢气作为新世纪的清洁能源,它的存储和输运对其应用有着至关重要的作用。碳纳米管作为准一维量子材料,碳纳米管也继承了活性炭的特性而且比其具有更大吸附能力。碳纳米管是纳米级别的中空结构,相比于其他活性吸附剂而言,其表面积更大。相对于其他储氢材料而言,碳纳米材料的价格够低,化学性能足够稳定,同时拥有较小的密度,应用前景十分乐观。碳纳米管在储氢方面的主要问题是吸放氢气的机制尚不够成熟,而且目前碳纳米管的生产还仅限于实验室的研究,大规模的工业生产、工艺还不够完善等。那么,就需要对碳纳米管的生产和实验室制备机制做深入研究,制作出适合工业生产存储氢气的碳纳米管容器。碳纳米管天线的国内外主要研究进展碳纳米管作为典型纳米材料的代表,在科学和实际应用中具有重要的作用。从上个世纪开始,国内外诸多科研工作者已投入到碳纳米管物理特性以及光学电子学方面的研究。2003年,Burke等人[15]]通过建模来模拟碳纳米管等效射频电路,通过模型的建立,为以后碳纳米管作为电子器件开关速率在太赫兹频段给与了指导意义。2004年,

Wang等人制备出了多壁碳纳米管膜,当用受激光照射薄膜时,能够在天线上观察到了微弱的电流,可见碳纳米管可以对光进行受激反应,为以后碳纳米管用作光电探测器件材料给出了指导意义。Burke等[16]]通过建立射频电路模型,对比分析了碳纳米管和硅、砷化铱的高频RC的响应速度。在相同条件下,碳纳米管材料器件在弹道输运的时候能够达到太赫兹频率范围;与此同时,碳纳米管作为电子器件材料在元器件微型化发展的趋势下具有很深的应用价值,无论是微型化光电导天线还是开关方面都已经开始在理论和实验中进行初步的研究。Jin等人研究了在光谱层级上碳纳米管偶极天线的红外特性和可见光频率范围的特性。2007年,美国加州大学的Rutherglen

和Jensen等通过实验,建立了单根碳纳米管天线模型,并实现了无线信号的收发,暗示了碳纳米管天线的在无线网络中的应用。Nemilentsau等和Kibis等科研工作者开始从理论上展开碳纳米管在太赫兹领域的受激热辐射效应。2008年,Fu等[17]研究了金属性质的碳纳米管锯齿型天线对太赫兹波段的探测,得到碳纳米管适宜作为太赫兹波段的天线的载体,观测到了太赫兹波段频谱信息。2009年,

Shuba等对多壁碳纳米管天线在光学特性方面做了理论究。

Pennington等[18]通过蒙特卡罗法对半导体型的碳纳米管利用电子学的方法产生太赫兹电磁波做了深入的研究并且在实验中观察到了较高功率的太赫兹波辐射。王玥等研究了基于碳纳米管独特的结构特点建立了仪器为基础的Pocklington积分方程,并设计了一种拥有全新结构的碳纳米管为受激辐射材料的太赫兹辐射天线,