碳纳米管材料的研究现状及发展展望.doc

碳纳米管材料的研究现状及发展展望.doc碳纳米管材料的研究现状及发展展望碳纳米管材料的研究现状及发展展望张辉(郑州人学力学与科学工程学院河南郑州450001)摘要:碳纳米管因其独特的结构、优异的物理化学性能以及广阔的潜在应川前景,而引起科技界的广泛关注。木文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域,具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表血效应和公观量子隧道效应等特性,展现出许多独特的性质。20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后,ttt界各国对这个领域的研究就非常重视。而碳纳米管材料以其所具有的独特性质,给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带來新的机遇。关键词:碳纳米管;制备;特性;隐身涂料;吸波涂料1、碳纳米管的制备、结构与性能1、碳纳米管的制备自从饭岛博士首次在电弧放电法生产富勒烯的阴极沉积物发现多壁碳纳米管以來,为了获得产量高,管径均匀,结构缺陷少,杂质含量低,成本相对低廉,操作方便的制备方法,科硏人员进行了很多方面的研究并且提出了许多制备碳纳米管的新方法。碳纳米管在天然状态下几乎不存在,而要利用碳纳米管的优越性能,就必须先找到制备碳纳米管的方法,下面介绍几种常见的碳纳米管制备方法:(一)电弧法电弧法是最早采川的一种制备碳纳米管的方法。其制备过程是:将两个石墨电极放在密闭的惰性气体屮,如氮气或者氢气屮,然后加高压使得电极发生电弧放电,使得电极温度升高,导致碳原子挥发,在阴极农面沉积出碳纳米管,此法制备绝大部分为多壁碳纳米管。后来人们在石墨棒中加入铁、鎳等金属物质作为催化剂制备出单壁碳纳米管。(二)激光蒸发法0激光蒸发法是将掺杂少量的银和钻的石墨棒作靶材,在管式炉小将其加热至1200C后,再用强脉冲激光轰击冇墨棒,使石墨蒸发,同时,管式炉的一端通入氢气,把生成的碳纳米管送到管式炉的另一端,并沉积在铜收集器上。此法能够制备出高纯度的单壁碳纳米管((Ts)o(三)电解法电解法是将冇墨堆竭作为电解的阳极,以冇墨棒作为阴极。在WI1加入碱式盐,加热至熔融状态,将石墨阴极插入碱式盐屮,然后两极间加玄流电压,发生电化学反应,腐蚀行墨棒从而得到碳纳米管。此法口前只能得到多壁碳纳米管,而且碳纳米管多弯曲呈环状。⑺(四)化学气相沉积法(CVD法)CVD法实际上是以前用來制备碳纤维的方法。CVD法制备碳纳米管是在高温或者等离子体条件下,通入碳源气体如甲烷、乙烘、乙烯以及氢气、氮气、氨气等混合气体,以铁、鎳等过度金属或者含有过渡金属元素的合金作为催化剂。气体在高温或者等离子体条件下分解,而催化剂也在高温或者等离子体条件下分解成很小的颗粒,碳原子沉积在催化剂的颗粒上,从而生成碳纳米管。CVD法又分为热CVD法,MPCVD法和PECVD法,热CVD怯是在管式炉屮通过加热至高温来制备的,而后曲两种方法都是产生等离子体来制备碳纳米管的。热CVD法生产工艺简单,原料价格便宜,是一•种很廉价的人彊生产碳纳米管的方法,但此法制备的碳纳米管形态和管径差别较人,以及无定形碳等杂质含量很人,需要通过后续的分离,提纯。屮科院成都仃机化学研究所利用热CVD法能够人量的生产碳纳米管,并提纯。MPCVD法和PECVD法,都是通过等离子作用來生成碳纳米管,只是两种方法,PECVD是在等离子体屮加电场,而MPCVD是加磁场。两种方法均能制备杂质少,管径较为均匀的