CNT结构性能现状解读.docx

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1、CNT研究背景和意义自从年日本的电镜专家第一用高分辨透射电镜（）发现了拥有纳米尺寸的多壁碳纳米管（），这种结构由长约、直径的多层石墨管构成。年又发现了单臂碳纳米管（）以来，碳纳米管作为一种新式的纳米资料，以其独到的物理、化学特色，重要的基础研究意义及在分子电子器件和复合资料等众多领域的潜伏应用价值，而惹起了世界各国科学家的极大关注，成为纳米资料领域研究的一个新热门。对它的应用研究主要集中在复合资料、氢气储存、电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线模板、电子枪及传感器和显微镜探优等领域，已经获得很多重要进展。1、结构碳纳米管，又称巴基管，属于富勒碳系，是一维量子资料，是在不停深入研究

2、中发现的。碳纳米管是由单层或多层石墨片环绕同一中心轴按必定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两头往常被由五元环和七元环参加形成的半球形豪富勒烯分子封住，每层纳米管的管壁是一个由碳原子经过杂化与四周个碳原子完好键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆O碳纳米管依据碳管壁中碳原子层的数目能够分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类。和企业的平分别采纳和作为催化剂混杂在石墨电极中，用电弧放电法各自独立合成出单壁碳纳米管，它由单层石墨卷成柱状无缝管而形成见图，是结构完满的单分子资料，因合成条件的不一样碳纳米管的管径可控制在，长度可达：多壁碳纳米管是由多个不一样直径的单壁碳纳米管同轴卷曲而成，层数从不等，层

3、间距一般为且层与层之间摆列无序，往常多壁管直径为，长度为。观察发现多半碳纳米管在两头是闭合的，研究表示碳纳米管端口的帽状部分很简单出现五边环或七边环结构且曲折率较大，当出现五元环时碳纳米管就会凸出，出现七元环则会凹进。单壁碳纳米管依据六边环螺旋方向螺旋角的不一样，能够是半导体型碳纳米管，也能够是金属型碳纳米管，并能够用碳纳米管的螺旋矢量参数，来表征。当和为不相等的整数时，称为螺旋型碳纳米管；当或时，称为锯齿型碳纳米管；当时，称为扶椅型碳纳米管，是金属型碳纳米管。螺旋型和锯齿型碳纳米管既能够是半导体型碳纳米管，也能够是金属型碳纳米管。假如为非零整数，则为半导体型碳纳米管，不然为金属型碳纳米管。管

4、的两头由半个大小相应的富勒烯球关闭。图碳纳米管“.fitM1tWtt电珏铁电加M1I.嘉*I401Zm*,*-Jb秀最/vX町为春量度鲁合立修度为2x10%学就可达90以上A*?尸jdwv&f、黑霖即既然,sp就踵性为31X1Ans银骤极HSrWM海段疆或加电极相距IAn时:您的蘸懒鑫心就押懒且每命育累FCJT1八可必做It剂热传导般估计怅为的珊育罐金假苞为333W%K给哙定外舄中可达2ROOT：芯力中的金国线在600。:时牖化空气中为750T傀I网美元金好的m美元”拥有好多奇怪的特征，如热力学性质、场发射特征、电学性能、化学与电化学性能、吸附性能等，已经惹起了世界上众多科学家的极大关注，下边

5、我们简单分类论述。热力学性质碳纳米管由卷曲的石墨片构成，拥有石墨巨大长径比和导热率高的特色，因此其轴向方向的热互换性能很高，相对其径向方向的热互换性能较低，经过适合的取向，碳纳米管能够合成各向异性高的热传导资料。经计算，在温度为时，单根碳纳米管的导热率为，室温下能达到，这一数据几乎是所报导的金刚石室温下导热率的倍。在力学性能方面，碳纳米管拥有极高的弹性模量、韧性和强度。其弹性模量与金刚石的弹性模量几乎相同，可达到，约为钢的倍；其弹性应变约为,约为钢的倍。拥有与金刚石相同的热导和独到的力学性质。理论计算表示，碳纳米管的抗张强度比钢的高倍。碳纳米管不论是韧性仍是强度，都远远优于任何纤维资料。将碳纳

6、米管作为复合资料加强体，可表现出良好的弹性、强度、各项同性及抗疲惫性，这可能带来复合资料性质的一次飞腾。等人碳纳米管的实验检测也说了然碳纳米管拥有优秀的力学性能。直接丈量了超长多壁碳纳米管的杨氏模量和拉伸长度，获取多壁碳纳米管的拉伸长度为，杨氏模量为。等人用原子力显微镜探针曲折多壁碳纳米管的石墨烯片层获取其强度的初步结果是。由碳纳米管悬臂梁振动丈量结果能够估计出延长率达百分之几，并拥有优秀的可曲折性，可承受曲折形变并可弯成小圆环，应力卸除后可完好恢复到本来的状态，压力不会致使碳纳米管的断裂。这些优秀的力学性质使它们在好多领域拥有潜伏的应用远景。场发射特征利用作为场发射电极资料，其优秀的场发射电

7、极特征，能够使场发射平板显示器变得更薄更亮更清楚，能够使平板显示技术发生革命性改革，较过去的场发射阴极有以下优势：碳纳米管的电子逸出功低，约在;碳纳米管的发射体特征十分稳固，实验表示在内发射电流的涨落仅为；碳纳米管细小的直径使其拥有一个尖利的发射尖端，同时它又拥有优秀的导电性，所以碳纳米管端头易形成强电场，特别有益于电子的场致发射；能够进行大面积的生长、移植，易于制作大面积、过渡平均的平板显示器；原资料根源宽泛，制备工艺简单，简单在工业上实现大量量生产。电学性能依据结构的不一样，碳纳米管既拥有半导体的导电性，又拥有金属的导电性，这主要与它的螺旋结构及直径有关。螺旋结构及直径主要由手性矢量所决定

8、，当手性矢量切合必定数时，单壁碳纳米管为金属导电性（导体），不然为半导体导电性（半导体）。关于导体来说，与其余资料形成的复合资料电导大大加强。当然，因为某些特其余缺点也可能致使同一碳纳米管既拥有半导体的导电性又拥有金属的导电性。等人经过理论剖析以为：依据碳纳米管的螺旋和直径角度，大概有的碳纳米管是金属导电性的，而是半导体导电性的。等人进一步指出：碳纳米管的轴向电阻小于径向电阻，并且跟着温等人米管的电阻要比完满的碳纳米管的电阻大一个数目级甚至更多。经过计算以为：直径为的碳纳米管在温度X拥有超导性，预示着在超导领域有广阔的应用远景。碳纳米管是优秀的一维介质，其主要成键结构是管壁上杂化的碳六边形石墨

9、烯网络结构，电子能在其上高速传达，并且因为碳纳米管的特别管状结构，管壁上的石墨片经过了必定角度的曲折，致使量子限域和再杂化，此中个键略微偏离平面，而离域的轨道则更为偏离管的外侧，这使得电子能集中在碳纳米管管壁表面面上轴向高速流动，但在径向上，因为层与层之间存在较大缝隙，电子的运动受限，所以它们的波矢是沿轴向的，这种特别的结构使得碳纳米管拥有优秀的电学性能，可用于量子导线和晶体管等。化学与电化学性能碳纳米管的化学性能主要表此刻其孔结构和表面特色性能方面。碳纳米管在生长过程中，会形成好多结构上的缺点位点，这些结构缺点简单被氧化剂或许氛围氧化而翻开，同时还可以在其上形成不一样的官能基团，封端被翻开的

10、碳纳米管能够让其余物质进入，充任起纳米反响发生器或储存容器；表面官能化的碳纳米管更能够溶解在溶剂中或许与其余的物质相密切联合，发挥更多的作用。碳纳米管拥有中空管状这种特别结构，且拥有巨大的长径比。管壁上是石墨烯结构，管壁的层与层之间充满着缝隙，所以碳纳米管拥有很高的比表面积，使得大量气体分子、电子和离子等能吸附在管的空隙、内腔及管的表面，并能迅速挪动，因此碳纳米管能够应用于储氢资料、电容器和锂离子电池资料等领域。吸附性能碳纳米管是一维量子导线，是由石墨层片卷曲而成的，这种独到的结构致使它不论对气体仍是液体都拥有明显地吸附性。作为碳质吸附资料，碳纳米管既与传统的多孔炭资料有相像之处，又有很大的差

11、别。活性炭的基本单元是靠近杂化的类石墨微晶，类石墨微晶互相作用形成纳米尺度的超微粒子，在此基础上再组合成宏观结构。宏观形态的碳纳米管的基本结构单元是单根碳纳米管。因为范德华力作用，单壁碳纳米管在往常状况下集结成束，束状产物互相作用进一步形成宏观形态的单壁碳纳米管。碳纳米管拥有很高的比表面积，特别是以离散状态存在的张口单壁碳纳米管，极限表面积可达到的表面积)，所以碳纳米管应当拥有很好的吸附性能。3、现状(单石墨片层碳纳米管拥有独到的电子结构和物理化学性质，能够在很多方面获取宽泛的应用。碳纳米管的直径长度比很大，长度是直径的几千倍，远远大于一般纤维资料，因此号称“超级纤维”，它的强度比钢高倍，但重

12、量只有钢的六分之一，因此有可能成为一中新式的高强度碳纤维资料，既拥有碳素资料的固有天性，又拥有金属资料的导电和导热性，和陶瓷资料的耐热和耐腐化性，纺织纤维的可编织性，以及高分子资料的轻质、易加工性。将碳纳米管增添到其余基体中构成复合资料，能够极大地改良其性能。纳米尺度电子结构在基础理论和技术应用方面都惹起了人们的兴趣，它是分子物理和固态物理之间的桥梁，将来能够达到的器件密度比传统的半导体技术能够达到的要高的多。纳米电子结构的一个例子就是量子点，能够作为单电子晶体管，长度为几百纳米的呈半导体性质的碳纳米管能够用来制造场效应晶体菅。将两个纳米管或纳米线连结在一起能够制造更小的纳米器件，如金属一半导

13、体结，关于单壁碳纳米管来说其结面积约为。文件碳纳米管和石墨烯在柔性电子器件中的应用柔性电子技术是将有机或无机资料电子器件制作在柔性、可延性塑料或薄金属基板卜的电子器件制各技术，以其独到的柔性和延展性以及高效、低成本制造工艺，在信息、能源、医疗、国防等领域拥有宽泛应用远景，如电子纸、柔性电池、电子标签、柔性透显然示、柔性电子器件等。柔性电子技术作为一类新兴的电子技术，涵盖范围较厂，从基板采纳角度被称为塑料电子；从制备工艺角度被称为印刷电子：从晶体管沟道资料角度被称为有机电子或聚合物电子等。柔性电子技术的发展目标其实不是同传统硅基电子技术在高速、高性能器件领域内竞争，而是实现拥有大面积、柔性化和低

14、成本特色的新式电子器件和产品。所以，在大面积柔性基板上低成本制备出芯片特色尺寸更小的、性能更高的晶体管器件是柔性电子技术发展的要点，包含多晶硅、新式金属氧化物半导体如等、有机半导体如等、碳纳米资料等沟道资料在柔性薄膜晶体管器件中显现出优秀的性能，推动了柔性电子技术的快速发展。碳纳米管作为新式碳纳米资料，自从被发现以来己显现出优秀的电学、光学、力学和热学性质。近来几年来，国内外很多研究小组展开了碳纳米管晶体管器件的研究，如美国托马斯沃森研究中心、斯坦福大学小组、伊利诺斯大学小组、南加州大学小组、韩国成均馆大学小组、北京大学彭练矛小组等。我国科研人员在碳纳米资料制备和器件应用领域也做出了很多拥有代

15、表性的工作，如小直径和半米长碳纳米管的合成、碳纳米管的选择性刻蚀、超顺排碳纳米管的合成及功能器件搭建、碳纳米管太阳能电池、碳纳米管手性分别、碳纳米资料柔性印刷电子技术和单根碳纳米管集成电路等。碳纳米管和石墨烯薄膜资料在薄膜晶体管器件的应用领域中，已显现出高教流子迁徙率和优秀的环境稳固性等特色，碳纳米资料将与有机半导体等沟道资料一起推动柔性电子技术的快速发展。本文将侧重论述碳纳米管薄膜晶体管器件建立和性能提高等方面的重要研究进展，议论碳纳米资料在柔性电子器件领域的应用。柔性碳纳米管以其优秀的特征显现出很多诱人的应用远景。我们这里举个例子说明：柔性高敏捷单壁碳纳米管气体传感器（文件）柔性高敏捷单壁碳纳米管气体传感器研究气体传感器宽泛应用于环境安全监测，毒气报警和生产流程控制等领域。传统气体传感器体积大、粗笨、敏捷度低。实现传感器低成本、