第1章　緒論

1．1　引言

1．1．1小尺寸效應(yīng)

1．1．2表面效應(yīng)

1．1．3量子尺寸效應(yīng)

1．1．4宏觀量子隧道效應(yīng)

1．2碳納米管的發(fā)現(xiàn)

1．3碳納米管的結(jié)構(gòu)

1．4碳納米管的特性

1．4．1機(jī)械性能

1．4．2熱學(xué)性質(zhì)

1．4．3導(dǎo)電性能

1．4．4吸附性能

1．5碳納米管的應(yīng)用

2100433B

《碳納米管化學(xué)》內(nèi)容簡(jiǎn)介：碳納米管是近年備受矚目的明星納米材料，在復(fù)合材料、傳感器、光電器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而碳納米管的特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)使其在溶劑中很難分散，極大阻礙了對(duì)碳納米管的研究和應(yīng)用，因此，碳納米管的化學(xué)修飾成為解決其應(yīng)用的前提條件之一。《碳納米管化學(xué)》將對(duì)碳納米管的化學(xué)性質(zhì)或其化學(xué)反應(yīng)活性進(jìn)行全面而又簡(jiǎn)要的介紹，內(nèi)容涉及碳納米管的結(jié)構(gòu)、純化、表征技術(shù)、非共價(jià)修飾、共價(jià)鍵修飾、管中化學(xué)、碳納米管的分散及分離及碳納米管的超分子化學(xué)等方面。

《碳納米管化學(xué)》可作為化學(xué)化工環(huán)境材料科技人員、高校相關(guān)專業(yè)師生參考閱讀，也可作為安全技術(shù)及工程工程、防災(zāi)與減災(zāi)等專業(yè)的師生參考閱讀。

碳納米管在綠色化學(xué)中應(yīng)用的研究，唐水花著。

副題名

外文題名

Study of carbon nanotubes application in green chemistry

論文作者

唐水花著

導(dǎo)師

于作龍,張良輔研究員指導(dǎo)

學(xué)科專業(yè)

有機(jī)化學(xué)

學(xué)位級(jí)別

d 2002n

學(xué)位授予單位

中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)研究所

學(xué)位授予時(shí)間

2002

關(guān)鍵詞

無(wú)污染能源 貯氫量 綠色化學(xué) 碳納米管

館藏號(hào)

O64

唯一標(biāo)識(shí)符

108.ndlc.2.1100009031010001/T3F24.002204594

館藏目錄

2003\O64\3

碳納米管薄膜是經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)方法，填充自由排列的碳納米管陣列形成的二維碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

碳納米管力學(xué)

由于碳納米管中碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大，使碳納米管具有高模量和高強(qiáng)度。

碳納米管具有良好的力學(xué)性能，CNTs抗拉強(qiáng)度達(dá)到50～200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6，至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)；它的彈性模量可達(dá)1TPa，與金剛石的彈性模量相當(dāng)，約為鋼的5倍。對(duì)于具有理想結(jié)構(gòu)的單層壁的碳納米管，其抗拉強(qiáng)度約800GPa。碳納米管的結(jié)構(gòu)雖然與高分子材料的結(jié)構(gòu)相似，但其結(jié)構(gòu)卻比高分子材料穩(wěn)定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強(qiáng)度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復(fù)合材料, 可使復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復(fù)合材料的性能帶來(lái)極大的改善。

碳納米管的硬度與金剛石相當(dāng)，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。在工業(yè)上常用的增強(qiáng)型纖維中，決定強(qiáng)度的一個(gè)關(guān)鍵因素是長(zhǎng)徑比，即長(zhǎng)度和直徑之比。材料工程師希望得到的長(zhǎng)徑比至少是20:1，而碳納米管的長(zhǎng)徑比一般在1000:1以上，是理想的高強(qiáng)度纖維材料。2000年10月，美國(guó)賓州州立大學(xué)的研究人員稱，碳納米管的強(qiáng)度比同體積鋼的強(qiáng)度高100倍，重量卻只有后者的1/6到1/7。碳納米管因而被稱“超級(jí)纖維”。

莫斯科大學(xué)的研究人員曾將碳納米管置于1011 MPa的水壓下（相當(dāng)于水下10000米深的壓強(qiáng)），由于巨大的壓力，碳納米管被壓扁。撤去壓力后，碳納米管像彈簧一樣立即恢復(fù)了形狀，表現(xiàn)出良好的韌性。這啟示人們可以利用碳納米管制造輕薄的彈簧，用在汽車、火車上作為減震裝置，能夠大大減輕重量。

此外，碳納米管的熔點(diǎn)是已知材料中最高的。

碳納米管導(dǎo)電

碳納米管上碳原子的P電子形成大范圍的離域π鍵，由于共軛效應(yīng)顯著，碳納米管具有一些特殊的電學(xué)性質(zhì)。

碳納米管具有良好的導(dǎo)電性能，由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同，所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當(dāng)CNTs的管徑大于6nm時(shí)，導(dǎo)電性能下降；當(dāng)管徑小于6nm時(shí)，CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。有報(bào)道說(shuō)Huang通過(guò)計(jì)算認(rèn)為直徑為0.7nm的碳納米管具有超導(dǎo)性，盡管其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度只有1.5×10-4K，但是預(yù)示著碳納米管在超導(dǎo)領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

常用矢量Ch表示碳納米管上原子排列的方向，其中Ch=na₁ ma₂，記為（n，m）。a₁和a₂分別表示兩個(gè)基矢。（n，m）與碳納米管的導(dǎo)電性能密切相關(guān)。對(duì)于一個(gè)給定（n，m）的納米管，如果有2n m=3q（q為整數(shù)），則這個(gè)方向上表現(xiàn)出金屬性，是良好的導(dǎo)體，否則表現(xiàn)為半導(dǎo)體。對(duì)于n=m的方向，碳納米管表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性，電導(dǎo)率通常可達(dá)銅的1萬(wàn)倍。

碳納米管傳熱

碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常大的長(zhǎng)徑比，因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管 ,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)可能得到很大的改善。

碳納米管其他

碳納米管還具有光學(xué)等其他良好的性能。