碳納米管

0 年代來，碳納米管作為一種線性的納米材料[1]，具有市場上眾多補強材料所不具備的優異性能，得到了業界學者的廣泛關注。其中將碳納米管填充到橡膠等高分子材料中成為了當下的研究特點。但是，由于碳納米管的高表面能，在加工過程中碳納米管往往不能夠很好地分散在基體中，其優異的性能也很難在復合材料中體現。大量的實驗結果證明，碳納米管必須以高取向性的方式，均勻地分散在橡膠基體內部，且與橡膠基體有良好的界面作用，才能實現碳納米管優異性能的最大化。1 碳納米管現狀現在普遍認

維納米材料-碳納米管[1]。與傳統的碳纖維增強材料相比,該材料具有獨特的力學、熱學和電學性能[2-4],其力學、熱學和電學性能比傳統碳纖維都有大幅度的提高[2-4],是復合材料理想的增強體,相對于普通纖維增強復合材料而言,具有無可比擬的優越性[5]。然而,碳納米管的彎曲、纏繞等幾何特性在某種程度上限制了其獨特性能在最大限度上的發揮。近30年來,關于碳納米管特性對增強復合材料力學性能的影響的研究方興未艾[6-8]。王宏穎等[9]總結了近年來碳納米管增強復合材

題組通過超長碳納米管制備技術方法論層面的創新，實現了超長碳納米管的超高產率制備，為超長碳納米管的大批量制備及相關應用開發奠定了基礎。張如范課題組將超長碳納米管的陣列密度首次提升至約6700 根/mm，比傳統方法至少提升2～3 個數量級，且制備的超長碳納米管還具有分米級的長度、較少的管壁數、近乎完美的結構和較高的半導體型純度。通過深入研究超長碳納米管的生長機理，提出了一種基底攔截導向策略以實現超長碳納米管的超高產率制備。該策略將催化劑溶液氣化后通入碳納米管生

)0 引 言碳納米管(carbon nanotubes, CNTs)是20世紀90年代初被發現的一種一維納米碳材料[1]，具有優異的機械性能、導電性能、導熱性能和化學穩定性，市場前景廣闊[2-4]。經過科學家和工程師幾十年的努力，碳納米管的應用研究取得了巨大發展。到目前為止，碳納米管在導電塑料、結構塑料中作為導電劑、增強劑已經得到了廣泛應用[5-6]。此外在儲氫材料[7]、化合物合成非貴重金屬催化劑制備[8-9]、高強高韌復合陶瓷制造[10]、醫療細胞毒性

言近年來，碳納米管因優異的光學、力學、熱學和電學性能而成為科學界研究的熱點［1-3］.由于碳納米管之間存在很強的范德華力和疏水性，其在水和有機溶劑中非常容易團聚，難以分散開來，這嚴重限制了碳納米管的實際制備和應用［4］.然而，離子液體( ILs) 特別是咪唑類的ILs，可以在不借助化學修飾及表面活性分子的條件下，制備出高分散性的碳納米管［5］.因此，深入研究碳納米管與咪唑類ILs 之間的相互作用機制，對碳納米管的可控制備有極為重要的意義.當前，已經有一些

ima發現了碳納米管[1]，碳納米管由此以一種新的重要碳形態進入科學研究的殿堂.碳納米管因具備獨特而優異的力學性能而獲得廣泛的應用.Treacy等[2]、Poncharal等[3-4]采用實驗方法對碳納米管的力學性能進行研究，并得出碳納米管管徑尺寸越小則其楊氏模量越大的結論；Yakobso等[5-6]基于分子動力學，利用Brenner勢對碳納米管在軸向荷載作用下的屈曲行為進行了模擬；Ru等[7-9]基于連續介質力學，研究了單層和多層碳納米管受軸向荷載時的屈

123半導體碳納米管(SWCNT)的卓越性能歸功于獨特的sp2碳蜂窩結構，其極佳的電學、光學、機械性能和生物兼容性，使半導體碳納米管成為未來計算機芯片、印刷薄膜晶體管器件和電路、抗輻照電子器件、單光子光源和探測器、能源器件和生物成像等領域最理想的半導體材料之一，相關研究已成為當今科技前沿熱點[1,2]。如半導體碳納米管在近紅外二區(NIR-Ⅱ，1.0～1.4 μm)中的光致發光為生物的熒光成像提供了理想探針[3]。但是，多種手性隨機分布的碳納米管帶隙不唯一

6）1 概述碳納米管自日本科學家S.lijima于1991年發現以來，以其特殊的結構和優異的性能引起許多學者關注。近年來學者的研究重點是圍繞碳納米管的物理特性和結構，運用括熱壓法、真空吸鑄法、粉末冶金燒結法、半固態鑄造法以及熔融共混等方法，合成復合材料并應用于鋰電池、電化學、醫藥、超疏水涂料、光伏等領域。然而在進行的前期合成實驗中發現，對碳納米管進行修飾、功能化的實驗往往得出的結果并不理想，有著重復性不高的缺點。即使是在相同的實驗條件下，所得到的結果卻不一

年初步確定了碳納米管CNT的結構，碳納米管(CNT)已經激發了許多有趣的研究領域。碳納米管CNTS具有優異的電、機械、熱和磁學性能，低密度，高比表面積和高的化學穩定性。碳納米管/聚合物復合材料，包括如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚酰胺和聚氨酯等基體已經被研究。聚酰亞胺是一類因為具有高的熱穩定性良好的介電性能和耐化學穩定性，而被人們所熟知的聚合物。聚酰亞胺已經被應用在復合材料和微電子產業。碳納米管/聚酰亞胺納米復合材料是

技術的發展，碳納米管作為一種新型吸附劑被廣泛應用于多種重金屬的去除[1-2]。碳納米管表面的羧基、羥基等官能團與重金屬相互作用，提高了碳納米管對重金屬的吸附和選擇[3-7]，是影響碳納米管吸附重金屬的重要因素。除作為吸附劑使用外，碳納米管和重金屬在環境中共存時，也會影響重金屬的生態毒性。LIU等[8-9]發現：多壁碳納米管本身對斑馬魚Danio rerio沒有毒性，但卻由于吸附了鉛(Pb)和鋅(Zn)，加重了兩者在斑馬魚體內的積累和毒性。MARTINEZ等

的快速發展，碳納米管在材料、催化、光學器件、分子開關、生物醫學、環境修復等各領域都有了廣泛的研究和應用[1]，同時碳納米管對人類健康和生態環境的潛在風險也引起了世界范圍內的廣泛關注[2-6]。進入環境中的碳納米管將不可避免地與其他化學物質共存，碳納米管對共存污染物毒性的影響及復合毒性也越來越多地受到了研究者的關注。碳納米管可以通過吸附共存污染物，降低或增強共存污染物對生物的毒性。如劉信勇等[7]發現實驗用多壁碳納米管本身對斑馬魚Danio rerio沒有毒

首次發現1，碳納米管的研究已走過二十多年的歷程。碳納米管獨特的結構賦予其優異的性質2-4，從而在工業添加劑、電子學器件等領域具有廣泛的應用前景5-7。然而，由于高選擇性生長的困難和宏量制備技術的限制，碳納米管構筑的電子學器件還局限于實驗室級別的原型器件8-10，而碳納米管添加劑則扮演著基于高強度/高導電性質的工業添加劑11-13，沒有發揮碳納米管的主導作用。結構決定性質，制備決定未來。充分發揮碳納米管材料的優異性質和在應用中的主導作用，乃至尋找到碳納米管殺

放電，發現了碳納米管。由于碳納米管新穎的力學、電磁學和化學性質[2-3]，已經被廣泛使用在科學和工程領域[4-6]。鈉是一種常見的堿金屬，將鈉原子摻入碳納米管中，體系電荷發生轉移，應用范圍廣泛。在理論研究方面，Kang等[7-8]研究包裹在碳納米管內的多個鈉原子結構和形態，當碳納米管半徑增加的時候，鈉原子由單原子鏈轉化成同軸圓柱殼結構。Monajjemi等[9]用從頭計算方法研究了鈉原子與碳納米管作用時，體系的電子結構、熱力學性質和磁性質。Farajian

Jude C. Anike, Kalayu Belay, Jandro L. Abot(1. Department of Mechanical Engineering, The Catholic University of America, Washington, DC20064, USA； 2. Department of Physics, Florida A&M University, Tallahassee, FL32307, USA)1 Intro

41025)碳納米管有著較好的力學性能、發射性能、電磁性能、吸附性能和化學性能，所以有著較為廣泛的應用。從碳納米管的分類入手，分析了碳納米管應用的優劣勢，研究了碳納米管在分析化學中的應用。碳納米管；分析化學；應用1 碳納米管的分類碳納米管可以按照多個標準進行分類，這與碳納米管應用的領域有著較大的關系。當前碳納米管的分類主要有以下幾種：石墨烯片的層數分類。從基本構造上來看，碳納米管可以理解為石墨烯片卷曲而成的管狀物體。因此，如果石墨烯為單層，那么碳納米管則為

碳納米管晶體管制造技術獲得重大突破美國威斯康星大學麥迪遜分校在碳納米管晶體管制造技術方面獲得突破。其開發的新型高性能碳納米管晶體管成功突破了純度和陣列控制兩大難題，開關速度比普通硅晶體管快1000倍，比此前最快的碳納米管晶體管快100倍，使碳納米管晶體管向商業應用邁出了關鍵一步。目前，碳納米管被認為是制造下一代晶體管的理想材料，但高性能的碳納米管晶體管制造面臨著兩大技術難題：一是要達到極高的純度；二是要以極高的精度進行陣列控制。研究人員采用聚合體篩選技術找

碳納米管具有優異的力學、電學性能，同時具有密度小、比表面積大等優點，在聚合物復合材料的增強、增韌、導電和阻燃等方面發揮著重要作用，引起了廣泛關注。中國科學院固體物理研究所納米材料應用研究中心研究人員在碳納米管材料的應用研究方面取得了可喜進展。研究發現：強極性納米粒子在降低由覆蓋在碳納米管上的聚合物薄層引起的勢壘、促進碳納米管之間電子躍遷等方面發揮著重要的作用。由于碳納米管具有很大的比表面積和長徑比，碳納米管間存在著較強的范德華力和物理纏繞，使得碳納米管在聚

訊·一種新的碳納米管合成方法據http://www.cinn.cc 2013年5月報道，日本名古屋大學的一個研究小組開發出了一種新的碳納米管合成方法，能按所需直徑生產出很長且粗細均勻的碳納米管。作為下一代高科技材料，碳納米管在眾多領域擁有廣闊的應用前景，但采用現有方法合成的碳納米管的直徑和長度各不相同。日本的該研究小組將碳納米環(他們于2009年開發出的構成碳納米管的最小部件)貼在藍寶石基板上，與乙醇一起加熱到500 ℃時，乙醇所含的碳不斷堆積到碳納米環上

烷基胺－多壁碳納米管復合物的制備及NO吸附性能楊穎1，2，李麗2，尹彥冰1，孫宏1，史克英2（1.齊齊哈爾大學化學與化學工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161000；2.黑龍江大學化學化工與材料學院，黑龍江哈爾濱 150080）為制備在室溫下對NO吸附性能優異的材料，采用十六烷基胺并通過化學縮合的方法對多壁碳納米管進行了修飾，制備了十六烷基胺－多壁碳納米管復合物，并分別采用TG－DSC，XRD，FT－IR，Raman，SEM等技術對所制備的復合物進行了表征.研究

2]合成單壁碳納米管以來，碳納米管被看成一種有廣泛應用前景的光電功能材料，得到了廣泛關注。1998年，T.Pichler 等測量了石墨和單壁碳納米管的光電導率，在測量過程中發現石墨有 3 個明顯的吸收峰，分別位于4. 5±0.05eV、13±0.05eV 和15±0.05eV[3]。單壁碳納米管中同樣存在3 個類似的、能量稍低的吸收峰，分別是1.03.4 ±eV、2.07.11 ±eV 和1.06.14 ±eV。同時研究發現，單壁碳納米管在更低一些的能量區

勒烯、一維的碳納米管、二維的石墨烯等[1-3]。富勒烯和石墨烯這兩個研究領域的開創者分別于1996年和2010年被授予諾貝爾化學獎和物理學獎。碳單質的多種結構源自于碳原子的多樣雜化成鍵方式。碳原子能以sp、sp2和sp3等雜化軌道成鍵，對應的成鍵數目分別為2、3和4。在金剛石中，碳原子為sp3雜化,每個碳原子與4個碳原子相連形成三維結構。石墨中的碳原子以sp2方式雜化，形成二維的六邊形網格結構原子層，層與層之間以范德華力結合形成三維的石墨。獨立存在的單原子

引 言單壁碳納米管自被發現以來,由于其在光學和電學上的獨一無二的性質[1],引起人們廣泛的關注。單壁碳納米管有很多潛在的應用,例如存儲器件、生物傳感器、電池、電磁防護層等,這些應用都需要單根分散的單壁碳納米管。因此,獲得單根分散單壁碳納米管對單壁碳納米管的研究和應用都具有重要意義。目前單壁碳納米管的生產主要有3種方法,包括電弧放電法[2]、激光蒸發法[3]、化學氣相沉積法[4],無論那種方法合成的單壁碳納米管在長度、直徑、手性等方面都是不均勻的。碳管之間

，他主要從事碳納米管的生長機理、可控生長、物理性質及應用等方面的研究，取得了以下研究成果：(1)從理論和實驗兩個方面開展了碳納米管生長機理的研究，提出了基于VLS機制的碳納米管生長模型和成核機理；(2)在機理研究基礎上，針對不同的應用需求，發展了超順排碳納米管陣列合成、單雙壁碳納米管陣列合成，以及可控終結、激光直寫等可控生長技術；(3)在獲得高質量、高性能碳納米管材料的基礎上·研究其物理性質，發現了碳納米管場發射過程中的電子冷卻效應，闡明了碳納米管場發射體