碳纳米管的应用

碳纳米管的应用applicationofCarbonnanotubes卢时宝沈阳航空航天大学目录一、简介二、碳纳米管的主要性能三、碳纳米管的主要应用四、碳纳米管的新应用发现五、结语一、简介碳纳米管的发现1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛发现了多壁碳纳米管（MultiWalledCarbonNanotubes，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为“Graphitetubular”。1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-WalledCarbonNanotubes，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。碳纳米管的分类碳纳米管按石墨烯片的层数分类1）单壁纳米管2）多壁纳米管按手性分类1）锯齿型2）扶手椅型扶手椅型锯齿型二、碳纳米管的性能力学性能碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。电学性能由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。储氢性能1997年，A.C.Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的储氢性能做了研究，SWNT在0℃时,储氢量达到了5%。热学性能一维管具有非常大的长径比，因而大量热是沿着长度方向传递的，通过合适的取向，这种管子可以合成高各向异性材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。发射性能由于碳纳米管具有纳米尺度的尖端,有利于电子的发射,科学家们预言并证实了碳纳米管具有极好的场致电子发射效应。吸附性能由于碳纳米管具有较大的比表面积、特殊的管道结构以及多壁碳纳米管之间的类石墨层隙。化学性能在催化研究方面,碳纳米管已被用于分散和稳定纳米级的金属小颗粒。由碳纳米管制得的催化剂可以改善多相催化的选择。三、碳纳米管的主要应用碳纳米管复合材料基于纳米碳管的优良力学性能可将其作为结构复合材料的增强剂。研究表明，环氧树脂和纳米碳管之间可形成数百MPa的界面强度。除做结构复合材料的增强剂外，纳米碳管还可做为功能增强剂填充到聚合物中，提高其导电性、散热能力等拥有良好柔韧性，是理想高强度纤维材料电磁干扰屏蔽材料及隐形材料碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用。超级电容器作为电双层电容电极材料，要求材料结晶度高、导电性好、比表面积大,微孔大小集中在一定的范围内。碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成工艺加以控制,因而是一种理想的电双层电容器电极材料。碳纳米管超级电容器是已知的最大容量的电容器。导电材料将碳纳米管均匀地扩散到塑料中，可获得强度更高并具有导电性能的塑料，可用于静电喷涂和静电消除材料，目前高档汽车的塑料零件由于采用了这种材料由于碳纳米管复合材料具有良好的导电性能，不会象绝缘塑料产生静电堆积，因此是用于静电消除、晶片加工、磁盘制造及洁净空间等领域的理想材料当CNTs的管径大于6mm时，导电性能下降；当管径小于6mm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。储氢材料氢气在未来的能源方面将扮演一个很重要的角色，它在释放能量的过程中不会引起空气的污染和导致温室效应，但目前仍然没有一个实用的办法存储和运输氢气，而这对氢气能源的实用化是十分重要的。最近的研究表明，碳纳米管非常适合于作为储氢材料。由于碳纳米管具有独特的纳米级尺寸和中空结构，具有更大的表面积，相对于常用的吸附剂活性炭而言，具有更大的氢气吸附能力。催化剂载体纳米材料比表面积大,表面原子比率大(约占总原子数的50%),使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电子效应和表面效应。如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍,担载催化剂后极大提高催化剂的活性和选择性。碳纳米管作为纳米材料家族的新成员,其特殊的结构和表面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性,使其在加氢、脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。碳纳米管一旦在催化上获得应用,可望极大提高反应的活性和选择性,产生巨大的经济效益。储存器由于优异的化学稳定性（C-C键，无悬空键）因此碳纳米管具有化学惰性，经历充放电不发生化学作用。因此，数据保存在这样的一个存储器中可以拥有更长的保存时间。四、碳纳米管的新应用发现麻省理工大科学家发现，在电池一端电极使用含碳纳米管可以比现在的锂电池蓄存更多的电力。这种电池在充电效率及蓄电能力远比目前最高端的锂电池更优良。科新研发的含碳纳米管电池进行1000次充放电实验。结果在经历1000次充放电后，含碳纳米管电池内的物质属性变化极微，电池蓄电力丝毫未见减少。麻省理工大科学家制造新手机电池的原材料-----含碳纳米管纳米金属催化剂载体,利用碳纳米管的高比表面及良好的吸氢能力，成功制备了负载Pt纳米粒子的高效加氢催化剂这种新型碳纳米管“橡胶”其实是一种名为粘弹性物质传统材料，它的外表看起来很像泡沫耳塞，又像普通的橡皮擦。这种材料无论被怎样扭曲、拉伸，弯曲，甚至被穿透，到最后都会恢复到原始状态。它能抗低温，例如木星最大卫星“泰坦”上的低温；耐高温，例如在宇宙中近距离接近太阳时的高温，如果将它作为宇宙飞船的制作材料，那么人类的宇宙飞船将会“所向披靡”。任何极端温度下都不会损坏的特殊的“钢筋铁骨橡胶”这种材料可以像橡胶一样拉伸延展，最大可以延展至原始尺寸的1.7倍，而不会影响任何的性能。这款材料的奥秘在于其中整合了新型的碳纳米管聚合物。这种材料还可以被应用于机器人领域，用来制造电子皮肤，从而使机器人获得更为敏感的触觉。可延展的电路板五、结语各国主要面临以下两个共同问题，使得碳纳米管不能真正得到工业应用。①如何实现高质量碳纳米管的连续批量工业化生产。②如何更深入研究碳纳米管实际应用问题。目前所得到的碳纳米管缺陷较多，且不易分散，这大大限制了碳纳米管的性质研究和应用研究。所以对碳纳米管制备方法的研究显得尤为重要。另外，纳米尺寸的测量手段也须进一步加强。总之，随着碳纳米管研究的逐步深入以及纳米科技的快速发展，纳米碳材料将会对全世界的科学和经济产生重大的影响。thankyou