碳纳米管材料及应用

碳纳米管自发现以来,由于其独特的结构和奇特的物理,化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注。本文介绍近年来这一前沿研究领域所取得的部分重要研究进展,并讨论碳纳米管的几种应用前景。     

手性环状碳纳米管的电子结构及磁化特性

基于石墨平面π电子的紧束缚模型,导出了手性(chiral)环状碳纳米管(TCNTs)在磁场中的电子结构,从而对TCNTs量子特性和磁化规律进行了较深入研究.第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs在磁场中存在金属—半导体的连续转变.计算分析表明:在T=0K时,第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs的磁化强度随磁通量Φ呈线性周期性变化(以磁通量子Φ₀=h/e为周期),并且磁化强度对手性角θ、管口半径r,以及温度T极为敏感,但与环半径R无关.手性TCNTs的磁化强度比椅形或锯齿形TCNTs的磁化强度强很多;而第Ⅲ类TCNTs 关键词： 手性环状碳纳米管 电子结构 磁化特性     

纳米材料的一支新军—碳纳米管

纳米材料是指介于小团簇(microcluster)与大块物质之间的一种过渡状态.由于其本身尺寸在纳米(nm)量级而具有许多特性,例如量子尺寸效应、表面界面效应等.这些特性使它在科学研究和国民经济中起着或即将起着重要的作用.正当各种各样的纳米材料通过物理、化学方法制备成功并进行广泛研究和应用之时,纳米材料的一支新军——碳纳米管诞生了. 碳纳米管或布基管是近两年在研究碳团簇及富勒烯过程中发现的一种新型的纳米材料.它由纯碳元素组成,是由类似石墨六边形网格翻卷而成的管状物,管子两端一般也是由含五边形的半球面网格封口.碳纳米管尺寸一…     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

碳纳米管材料的储锂性能

碳纳米管较低的碳原子密度、管径和管间的空隙可以为锂离子提供大量的嵌入空间,从而拥有更高的储锂能力。本文结合实验与理论研究的最新成果,综述了这一领域的主要进展和前景。实验上,对单壁碳纳米管进行适当处理,可以将锂存储量提高到常规石墨材料的2~3倍。根据密度泛函理论计算,锂在不同碳纳米管束中的最高理论嵌入量可以达到Li0.5C。嵌入后锂和碳纳米管之间发生了完全的电荷转移,碳纳米管的Fermi能级上移到导带中,所有碳纳米管都转变为金属。纳米管自身的电子结构对锂的吸附是至关重要的,缺电子体系更有利于锂的吸附。锂在B掺杂的复合管如BC3纳米管中有很大的吸附能。锂穿透纳米管壁从管壁外进入纳米管内的能垒,随着纳米管壁拓扑缺陷结构的尺寸变大而显著降低,B在纳米管壁的存在会进一步降低锂穿越纳米管壁的能垒。同时B的掺杂会降低相同拓扑缺陷的生成能,导致在BC3纳米管中出现更多的拓扑缺陷,从而有利于锂离子的扩散。实验与理论计算的结合可望加深对锂离子在纳米管材料中嵌入过程的理解,指导设计具有更高储锂性能的新材料。     

碳纳米管及新型一维碳纳米功能材料

 近年来迅猛发展的纳米科技在化学、生物医学、材料学、电子学等领域取得了一系列令人瞩目的成果。纳米材料的尺寸效应、表面效应、量子效应，使其在磁、光、电、敏感等方面呈现出常规材料不具备的新奇性质，具有广阔的应用前景。碳纳米材料的研究也成为当前国际上最活跃的前沿领域之一，中国科学院已将碳纳米材料列为知识创新工程首批启动的重大项目之一。     

碳纳米管列阵研究的新进展

碳纳米管的研究是近几年来低维凝聚态物理研究的国际前沿之一，定向碳纳米管列阵的制备更是物理学界、材料科学界共同关心的问题，文章介绍了利用内镶嵌纳米催化粒子的介孔二氧化硅所具有的模板效应，并结合气相化学沉积的方法成功地制备出高密度、几乎无杂质的、均匀分布的，管径一致的碳纳米管列阵这一最新进展。     

非碳纳米管研究的新进展

文章系统地论述了非碳纳米管的制备,较详尽地介绍了多种非碳纳米管制备最新的进展,包括硫化物、氮化物、氧化物等等,特别重点地总结了非碳纳米管前沿材料,例如WS2,Bi2S3,ZnS,GaN,BN,AlN,InP,Eu2O3,V2O3等.最后对非碳纳米管的研究趋势作了展望.     

聚苯胺-碳纳米管复合体的制备及其光响应

纳米尺寸导电材料对功能分子材料及分子器件的作用越来越显得重要.采用原位乳液聚合法制备聚苯胺 碳纳米管复合体，SEM和TEM照片显示复合管的直径为60—70nm，聚苯胺的包裹层厚度约25—30nm.x射线衍射及热分析表明纳米复合管的结晶性能增强，热稳定性得到提高.光电响应试验表明复合管的光吸收增强，光电流增大，说明聚苯胺 碳纳米复合管薄膜受光照射后发生了光诱导电荷分离现象. 关键词： 聚苯胺 碳纳米管 复合纳米管 光电流     

扶手椅形碳纳米管的Peierls相变研究

根据描述电子-声子相互作用的Frhlich哈密顿量,推导出了扶手椅形碳纳米管(ABT(n))的Peierls相变温度的一般表达式,并利用该式计算了ABT(8)和ABT(10)的Peierls相变温度,结果表明ABT(n)的Peierls相变温度将随管径的增大而减小,并且ABT(n)在远离室温下都不会发生Peierls相变,仍然保持其金属性. 关键词：     

对PECVD制备碳纳米管的研究和探讨

高纯度和高产率的制备碳纳米管是碳纳米管研究的一个重点。目前制备碳纳米管的方法有电弧法、激光蒸发法、化学气相沉积法(又称CVD法)和模板法等。本文主要介绍采用PECVD化学气相沉积法制备碳纳米管,并对该种方法制备碳纳米管进行了系统的研究和探讨。     

亚纳米碳管的稳定性—碳纳米管到底可以小到多小

在200kV电子显微镜中高能电子束的诱发下合成出直径为0．33nm的碳管,利用基于量子力学的紧束缚分子动力学方法研究了直径从0．16nm至1．0nm的亚纳米碳管的稳定性。     

具有优异储氢性能的高质量单壁纳米碳管的合成

高纯度单壁纳米碳管的合成是应用研究和实际应用的基础和关键,提出了一种氢等离子电弧方法,在适当的生长促进剂的作用下,能大量制备出高纯度的单壁纳米碳管。选用宏观数量的单壁纳米碳管,进行适当预处理,在室温及约１００ａｔｍ下进行储氢实验,发现该材料的储氢容量可达（４．２－４．７）ｗｔ％,经过５次循环实验,其储氢容量先略有下降,随后便稳定不变,这些初步实验结果表明,单壁纳米碳管是一种很有前途的储氢材料。     

碳纳米管研究的最新进展

文章简要地介绍了碳纳米管新型准一维功能材料在量子输运、力学性质和制备技术方面的研究进展，特别介绍了制备出２—３ｍｍ长的碳纳米管的最新研究成果．     

碳纳米管在高压下的电学性质与状态方程

 在金刚石压砧装置上，采用电阻测量方法研究了多层碳纳米管在室温下、23 GPa内的电阻与压力的关系。实验结果表明，在1.5～4.6 GPa内，电阻急剧减小，而在5.7 GPa左右，电阻出现一个极大值。这些变化与碳纳米管的结构、形状和层间距离的变化有关。同时，还在活塞-圆筒式p-V关系测量装置上首次研究了多层碳纳米管在室温下、4.5 GPa内的p-V关系，给出了它在第一次和第七次压缩时的状态方程。     

单壁碳纳米管晶格热导率的理论计算

基于线性波尔兹曼输运方程和碳纳米管的色散关系,本文研究了声子散射的Umklapp和Normal过程同时存在时单壁碳纳米管的晶格热导率,以及温度、管长和管径对它的影响.结果表明:N过程的影响在高温不能忽略;对(10,0)管而言,在低温下其导热率随温度升高迅速增大,在90 K附近达到最大值,然后逐渐开始下降;热导率与管长L的关系是κ∝ L1/2;在相同管长和温度下,热导率随管径的减小而增大.     

燃烧法合成碳纳米管的实验方案设计

碳纳米管是一种新型的碳材料,其合成方法多种多样。燃烧法是一种新兴的合成方法,燃烧过程提供用于碳纳米管生长的高温环境,同时也提供足够的烃原料。目前,用于合成碳纳米管的原料包括气体燃料和液体燃料,火焰类型主要有层流扩散火焰、逆流扩散火焰和预混火焰等。影响炭纳米管火焰合成的因素主要有气体成分,温度,催化剂,燃氧比和采样条件。我们采用甲烷扩散火焰用于实验研究炭纳米管的合成条件。实验系统包括扩散火焰喷嘴,混和段,质量流量计,取样探针和基板,气源。内径5 mm的喷嘴与内径100 mm的钢筒同轴。实验测得在气量为0．20 SLM时火焰高度为 3．5 cm。涂覆有催化剂的基板水平朝下置于火焰中采样,并将采集的样品进行电镜分析。本文还对燃烧法合成碳纳米管的机理进行了分析。     

ELECTRONIC PROPERTIES OF CARBON NANOTUBES WITH A PENTAGON-HEPTAGON PAIR DEFECT

The features of energetics and electronic properties of carbon nanotubes, containing a pentagon-heptagon pair (5/7) topological defect in the hexagonal network of the zigzag configuration, are investigated using the extended Su-Schriffer-Heeger model based on the tight binding approximation in real space. Our calculations show that this pentagon-heptagon pair defect in the nanotube structures is not only responsible for a change in nanotube diameter, but also governs the electronic behaviour around Fermi level. Furthermore, we have calculated the densities of states of the (9,0)-(8,0) and (8,0)-(7,0) systems. For the (9,0)-(8,0) system, a narrow gap exists in the vicinity of the Fermi energy. In contrast, for the (8,0)-(7,0) system, a little peak of the density of states occurs at the Fermi energy. These can be attributed to the addition of a pair of pentagon-heptagon defects in the interface between two isolated carbon nanotubes.