碳纳米管

碳纳米管定义
碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有管状结构。

它的直径通常在纳米尺度（纳米级别为1100纳米）范围内，
长度可以从纳米到微米级别。

碳纳米管的结构可以分为单壁碳
纳米管和多壁碳纳米管两种。

单壁碳纳米管由一个原子薄的石墨单层卷曲而成，形成一个
管状结构。

单壁碳纳米管的墙壁由碳原子构成，以六边形的芳
香环排列。

其典型特点是具有高强度、高导电性、高热导率和
良好的力学性能。

多壁碳纳米管由多个同心圆层组成，每个层均由碳原子六边
形结构构成，层与层之间的间距一般为0.34纳米。

多壁碳纳米管具有类似于单壁碳纳米管的特性，但其力学性能和导电性能
相对较差。

碳纳米管具有独特的物理和化学性质，广泛应用于材料科学、电子学、能源储存和传感器等领域。

由于其独特的结构和性能，碳纳米管在电子器件中可以用作纳米导线、场发射器件、纳米
传感器等。

此外，碳纳米管还被研究用于制备高性能锂离子电池、超级电容器和光催化材料等。

相信随着科学技术的不断发展，碳纳米管将在更多领域发挥重要作用。

由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的同轴中空无缝管状结构，其管壁大都是由六边形碳原子网格组成。

根据管壁层数不同，一般分为单层碳纳米管和多层碳纳米管；单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。

单壁管典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。

又称富勒管(Fullerenes tubes多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。

形状象个同轴电缆。

其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。

多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。

根据碳纳米管中碳六边形网格沿轴向的不同取向，可将其分为扶手椅型，锯齿型和螺旋型三种.SWNTs的顶端相当于半个富勒烯球组成的封闭管帽，是由适当数目和位置的五边形和六边形构成制备方法特点:通过各种外加能量，将碳源离解原子或离于形式，然后在凝聚就可以得到这种碳的一维结构。

1.电弧法电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。

放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。

电弧法多采用直流电弧，电弧放电条件一般为：电极电压20～30V；电流50～150A；气体压力10～80kPa。

产率50％。

Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。

传统的电弧放电法只能制备多层纳米碳管，只有在加入金属催化剂时才可能得到单层碳纳米管，由此可见催化剂对于单层碳纳米管的生长是必不可少的。

2.化学气相沉积法CVD 方法利用热分解含碳化合物，在金属催化剂作用下，合成碳纤维。

常用的碳氢化合物包括甲烷、一氧化碳、苯等，而金属催化剂包括过渡金属( Fe 、Co 、Ni 及Mo 等) 以及它们的氧化物。

CVD 法具有设备简单、条件易控、能大规模制备、可以直接生长在合适的基底上等优点。

单壁管碳纳米管
碳纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)又名巴基管，是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝碳纳米管。

按碳原子层数可分为单壁和多壁碳纳米管，其制备方法主要有电弧放电法、催化裂解法、激光蒸发法、化学气相沉积法，其中裂化催解法是目前应用最广泛的方法。

碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能，已应用于电子、材料、航空、催化、医疗等领域。

单壁碳纳米管直径在0.6-2nm之间，最小的直径可达到0.4nm左右，其独特的结构，使其具备了超强的力学性能、极高的载流子迁移率、可调节的带隙、优异的热学性能、光电特性、稳定的化学特性等。

碳纳米管集各种优异性质于一身，使其在工程材料、电子器件、储能领域、光探测器、生物医药等方面具备了广阔前景。

什么是碳纳米管？什么是碳纳米管？合肥日新高温技术有限公司为您解答。

合肥日新高温技术有限公司成立于1998年是专业设计、研发、生产、销售高温热处理设备的民营高新技术企业。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。

层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。

并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。

其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，用以代替ITO（氧化铟锡）作为触摸屏的材料。

先前的技术中，科学家利用粉状的碳纳米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃衬底上，但是这样的技术至今没有进入量产阶段；目前可成功量产的是利用超顺排碳纳米管技术；该技术是从一超顺排碳纳米管阵列中直接抽出薄膜，铺在衬底上做成透明导电膜，就像从棉条中抽出纱线一样。

该技术的核心－超顺排碳纳米管阵列是由北京清华-富士康纳米中心于2002年率先发现的新材料。

常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。

科研实验碳纳米管生产设备：CVD真空气氛管式炉CVD真空气氛管式炉广泛应用于高、中、低温CVD工艺，例如，碳纳米管的研制、晶体硅基板镀膜、纳米氧化锌结构的可控生长等等，也可以适用于金属材料的扩散焊接以及真空或保护气氛下的热处理；CVD真空气氛管式炉采用高纯石英管或刚玉管作为内炉膛，可拆卸式的三面密封方式，具有良好的洁净度和真空度；CVD真空气氛管式炉的耐火、保温材料全部采用先进的轻质纤维制品，整机质量轻、能耗低；CVD真空气氛管式炉的加热元件采用U型硅钼棒或原装进口电阻丝，温控系统采用进口多段智能程序温度控制仪控制，温度控制具有良好的稳定性、重复性。

纳米碳管碳纳米管
纳米碳管，也称为碳纳米管，是一种由碳原子构成的纳米结构
材料。

它们通常具有纳米级直径和微米级长度，呈现出管状结构。

碳纳米管可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）两种类型。

首先，让我们从结构和性质的角度来看待碳纳米管。

碳纳米管
的结构可以是单层（SWCNTs）或多层（MWCNTs）的碳原子排列而成
的管状结构。

它们通常具有优异的力学性能，如高强度、高导电性
和高导热性，这使得碳纳米管在材料科学和纳米技术领域具有重要
应用价值。

其次，从制备方法的角度来看，碳纳米管可以通过电弧放电法、化学气相沉积法、化学气相沉积法等多种方法制备。

每种方法都有
其独特的优点和局限性，因此在选择制备方法时需要综合考虑所需
的纯度、产率和成本等因素。

再者，从应用领域的角度来看，碳纳米管具有广泛的应用前景。

在材料科学领域，碳纳米管可以用于制备高性能复合材料、导电纳
米材料和传感器等；在生物医学领域，碳纳米管可以用于药物输送、
生物成像和组织工程等方面；在电子学领域，碳纳米管可以用于制备柔性电子器件和纳米电子器件等。

最后，从环境和安全的角度来看，碳纳米管的环境影响和安全性也备受关注。

由于其纳米级尺寸和特殊的化学性质，碳纳米管可能对环境和人体健康造成潜在风险，因此在碳纳米管的生产和应用过程中需要加强对其环境影响和安全性的评估和管理。

综上所述，碳纳米管作为一种重要的纳米结构材料，在结构和性质、制备方法、应用领域和环境安全等方面都具有重要意义和挑战。

对碳纳米管进行深入研究和全面评估，有助于推动其在各个领域的应用和发展。

碳纳米管的研究和应用碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，具有极高的导热和导电性、强度和轻量化等优异性能，近年来已成为纳米材料研究领域的热点话题。

本文将简要介绍碳纳米管的性质特点、制备方法以及它们在电子学、医学和能源等方面的应用。

一、碳纳米管的性质特点碳纳米管具有许多独特的性质特点，这些性质使得它们在许多领域有着广泛的应用前景。

首先是碳纳米管的导热和导电性能极高，比铜的导电性能还要好。

理论上，碳纳米管的电阻率可以达到金属的1/1000，而且能够在室温下运输电子。

这些性能几乎没有与之相媲美的材料。

其次是碳纳米管的强度极高。

碳纳米管中的碳原子排列方式可以形成类似鸟巢的纳米空腔结构，使得碳纳米管的刚度和强度远高于其他材料。

利用碳纳米管可以制备出超级强度复合材料，提高材料的强度和耐磨性能。

最后是碳纳米管的轻量化特性。

碳纳米管的质量只有同等体积下石墨材料的1/6，而且具有高表面积和大的空气孔隙结构，与其他材料相比有着更强的吸附和催化作用，因此有着良好的吸附分离和催化性能。

二、碳纳米管的制备方法碳纳米管有多种制备方法，包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光热解法和化学还原法等。

其中，化学气相沉积法是目前应用最为普遍的一种制备方法。

化学气相沉积法是通过在高温下将碳源气体转化为碳纳米管的方法。

一般来说，碳源气体为甲烷、乙烯或乙炔等。

通过控制反应条件，可以制备出长度、直径、数量、结构等不同的碳纳米管。

与其他制备方法相比，化学气相沉积法具有制备出高质量、大量、结构比较规则的碳纳米管的优点。

三、碳纳米管的应用碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用，以下仅列出其中的几个方面。

1. 电子学碳纳米管具有优越的导电性能和热导性能，被认为是下一代电子学元器件的有力竞争者。

碳纳米管可以作为场效应晶体管、热电元件、透明电极等电子元件，还可以应用于柔性电子、纳米电池等领域。

2. 医学碳纳米管可以作为药物输送载体，具有较大的表面积和大量表面官能团，能够帮助药物靶向传输和细胞内吸收。

2024年碳纳米管（CNT）市场前景分析引言碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNT）作为一种新兴的纳米材料，在过去几十年中引起了广泛的关注。

其独特的性质和广泛的应用前景，使得碳纳米管在众多领域中成为研究的热点。

本文将对碳纳米管的市场前景进行分析，并探讨其在未来的发展潜力。

碳纳米管的基本特性碳纳米管是由碳原子构成的纳米管状结构，具有以下基本特性：1.高强度和刚度：碳纳米管比钢材还要强硬，是已知最强的材料之一。

2.优异的导电性：碳纳米管具有优秀的导电性能，可应用于电子器件领域。

3.良好的热导性：碳纳米管具有良好的热导性能，可以用于制备高效的散热材料。

4.巨大的比表面积：碳纳米管具有巨大的比表面积，可应用于催化剂和吸附材料等领域。

碳纳米管市场应用前景1. 电子器件碳纳米管具有优异的导电性能，可以用于制造高性能的电子器件。

例如，碳纳米管场效应晶体管（CNTFET）在高频电子器件和柔性显示器件等领域具有广阔的应用前景。

此外，碳纳米管还可以用于制备导电性能更好的电极材料，提高电池和超级电容器的性能。

2. 新能源领域碳纳米管在新能源领域中有着广泛的应用前景。

其优异的导电性能和热导性能，使得碳纳米管成为高效催化剂的理想载体材料。

碳纳米管还可以应用于太阳能电池、燃料电池和储能设备等领域，提高能量转换效率和储存容量。

3. 材料强化与增韧碳纳米管具有高强度和刚度的特性，可以应用于材料强化和增韧领域。

将碳纳米管添加到复合材料中，可以显著提高材料的强度和刚性，同时减轻材料的重量。

碳纳米管还可以在纤维增强复合材料中起到桥连接作用，有效防止开裂，提高材料的断裂韧性。

4. 生物医学应用碳纳米管在生物医学领域具有广泛的应用潜力。

其高比表面积和良好的生物相容性，使得碳纳米管可以用作药物传递载体、基因传递载体和组织工程支架等。

此外，碳纳米管还可以用于生物传感器和生物成像等领域，为生物医学研究和临床诊断提供新的工具和方法。

碳纳米管的独特工能及应用1985年，Kroto和Smalley[1]发现了一种直径仅为0.7nm的球状分子，被称为C60，亦称富勒烯(fullerene)。

这是继石墨和金刚石之后，碳的另一种同素异形体。

随后，日本NEC公司的Sumio．Iijima[2]在合成C60中，首次利用电子显微镜发现了CNTs(Carbon nanotubes)，又称巴基管(Bucktube)。

CNTs是一种类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、两端为半球形端帽、具有典型层状中空结构的材料。

根据石墨片层数的不同，CNTs可分为多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米(SWNTs)。

研究表明，CNTs的密度只有钢的1／6，强度却是钢的100倍，模量可达1．8 TPa。

CNTs是典型的一维纳米结构，其超强的力学性能、超大的长径比(一般大于1000)、极好的化学和热稳定性、良好的光电性能，使其具有广泛应用于生物传感器、储氢容器、超容量电容器、机电激励器、结构增强材料等方面的应用前景[3-4]。

CNTs长径比高、比表面大、比强度高、电导率高、界面效应强，因而具有优异的力学、电学、热学、光学性能．成为世界范围内的研究热点之一。

近几年来．随着CNTs合成技术的日益成熟．低成本批量生产CNTs已成为可能，并在场发射、分子电子器件、复合材料、储氢、吸附、催化诸多领域已经展现出其广阔的应用前景。

一、碳纳米管的结构CNTs是一种主要由碳六边形(弯曲处为碳五边形或碳七边形)组成的单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构，相邻层间距与石墨的层间距相当，约为0.34nm。

碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级，也有超长CNTs，长度达2mm。

按照石墨烯片的层数，可分为单壁CNTs和多壁CNTs。

(1)单壁CNTs(Single-walled nanotubes，SWNTs)：由一层石墨烯片组成。

单壁管典型的直径和长度分别为0．75～3nm和1～50μm，又称富勒管(Fullerenes tubes)。

碳纳米管一、简介（结构和性能）碳纳米管是一种具有石墨结晶的管状纳米碳材料，分为单壁碳纳米管（SWCNT）和多壁碳纳米管（MWCNT）两种，直径在纳米量级，具有很高的长径比。

单壁碳纳米管由单层石墨卷成柱状无缝管而形成，是结构完美的单分子材料。

多壁碳纳米管可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。

单壁碳纳米管根据六边环螺旋方向螺旋角的不同，可以是金属型碳纳米管也可以是半导体型碳纳米管。

碳纳米管具有典型的层状中空结构特征,构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。

管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。

是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。

它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。

层与层之间保持固定的距离，约为0.34nm，直径一般为2～20nm。

多壁碳纳米管的电性能和单壁碳纳米管相近。

金属型单壁碳纳米管和金属型多壁碳纳米管碳纳米管均是弹道式导体。

大电流通过不产生热量每平方厘米最大电流密度可达10安培。

碳纳米管也是优良的热传导材料。

多壁碳纳米管的热传导系数超过3000W/m.K，是很好的超导材料。

单壁碳纳米管的超导温度和直径相关，直径越小超导温度越高。

直径1.4nm时超导温度为0.55K，直径0.5nm时超导温度为 5K，直径0.4nm时超导温度为20K 。

碳纳米管还有非常好的力学性能。

小直径的单壁碳纳米管不但坚硬而且强度很高，是目前发现的唯一同时具有极高的弹性模量和抗拉强度的材料。

单壁碳纳米管的弹性模量和抗拉强度分别达到0.64TPa和 37Gpa。

多壁碳纳米管的弹性模量和抗拉强度分别达到0.45TPa和 1.7Gpa。

碳纳米管的抗拉强度可达钢的100倍同时密度只是钢的1/6。

二、碳纳米管的制备方法目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相淀积法（碳氢气体热解法），固相热解法、辉光放电法和气体燃烧法等以及聚合反应合成法。

碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，端口的结构遵循鼎足五边形定则和欧拉定理。

端帽大部分都被认为是在六方网格状的碳纳米管中掺杂着五元环或者七元环的拓扑缺陷。

每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面(图1)。

CNT根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)。

图1SWNT的结构示意图(1)单壁碳纳米管的结构单壁碳纳米管在概念上可被认为是卷起来的单层石墨烯，直径大小分布范围小、缺陷少，具有更高的均匀一致性，是理想的分子纤维。

SWNT的管径一般为0. 7～3. 0 nm，长度为 1～50 μm，是一种理想的纳米通道，可用作储氢材料、半导体及场发射材料等。

SWNT可看做是由单层石墨烯片卷曲成的，在石墨烯片层卷成圆柱体的过程中，边界上的悬空键随即结合，从而导致碳纳米管轴方向的随机性。

在一般的碳纳米管结构中，碳原子的六边形格子是绕成螺旋型的，碳纳米管具有一定的螺旋度，如果将SWNT的石墨烯面沿纵向展开，就呈现类似于石墨烯面的二维几何形态。

碳纳米管的结构参数都能够由( n，m) 指数来确定。

不同的( n，m) 对应不同的手性矢量、手性角、卷曲方式、直径和周长等结构参数。

根据卷起的方向矢量(n，m)不同，SWNT 大致可呈现金属性(n－m = 3k，k为整数，无能隙)或半导体性(n－m ≠ 3k，k为整数，有能隙)。

根据折起的外部形态的不同，SWNT可分为扶手椅式、锯齿式和手性式。

通常，当m=n 时，称为扶手椅型管; 当 m=0 时，称为锯齿型管; 其他则一般称为手性管。

图2 几种不同类型的单壁碳纳米管(2)多壁碳纳米管的结构MWNT是由几层到几十层石墨烯片同轴卷曲而成的无缝管状物。

其层数从2到50不等，层间距为±nm，与层间距 nm的石墨相当，且层与层之间排列无序。