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碳纳米管技术研究进展

"#天津市自然科学基金!

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25E L 256>碳纳米管技术研究进展#

杨"光$!周"宇&

!$"天津大学精密仪器与光电子工程学院"天津7###(&"&"天津大学材料科学与工程学院#天津7###(&$""摘要""作为重要的纳米功能纤维!

碳纳米管有着令人振奋的广阔的应用前景!引起了世界范围内研究人员的广泛关注"综述了国内外碳纳米管技术的最新研究进展!比较了电弧放电#激光烧蚀以及化学气相沉积等7种主要的碳纳米管合成技术!并着重讨论了当前流行的化学气相沉积法!探讨了拉曼散射#激光诱导荧光#瑞利散射等分子光谱技术在碳纳米管表征中的应用!介绍了碳纳米管出色的力学#机电#场发射#电化学等特性以及基于碳纳米管的电子器件如场效应管#单电子管等"

关键词""碳纳米管"合成"表征"特性"应用

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""过去的$

"年见证了世界范围内碳纳米管![.K W 4>B .>4,32W E O #[B Q O $技术的高速发展%从$**$年R /h

/-.&$’

发现碳纳米管结构以来#

各国的研究机构在碳纳米管的合成(表征(应用等方面表现出浓厚的兴趣#

并进行了卓有成效的探索%碳纳米管可以看成是石墨薄片沿固定矢量!手性矢量[D $

方向卷曲而成的封闭管&&’

%若令.$和.&为石墨单胞基矢#则有[D e-.$a >.&#

由此确定的-(>整数直接决定了碳纳米管的结构参数!直径和手性$%根据!-#>$不同#即使是直径相近的碳纳米管也会由于手性不同而表现为不同的金属性或半导体

性%研究表明&7’

#当!-b>$

可以被7整除时#碳纳米管将表现为金属性#对应子较宽的能带隙"反之#则将表现为半导体性#对应较窄的能带隙%另一方面#

即使同为半导体性的碳纳米管#直径的不同也会导致能带隙宽度的差异!成反比例$%因此可以说#碳纳米管是具有无限多种可能的结构类型的碳)分子*#对应无限多种的物理性质%图$!.$给出了碳纳米管的蜂巢结构#其中.$(.&为基矢%沿-#>整数为!+#+$(!+##$(!$##b &$折叠石墨片层可分别获得扶椅型!.K -6D ./K #图$!W $$(之字型!T /?T .?#图$!6$$(手性型!6D /K .0#图$!L

$$碳纳米管%按照管壁层数#碳纳米管又可分为单壁碳纳米管!P />?0E Z .00[.K W 4>B .>432W E O #P ZB Q O $和多壁碳纳米管!=203/S

0E Z .00[.K W 4>B .3432W E O #=ZB Q O

$

%图!"碳纳米管蜂巢结构示意图!

$"

!"碳纳米管合成

至今为止#合成碳纳米管主要有7种方式+电弧放电!.K 6,L /O 6D .K ?

E $(激光烧蚀!0.O E K .W 0.3/4>$和化学气相沉积!6D E -/6.0N .S 4K L E S

4O /3/4>#[\]$%电弧放电法的原理是利用电弧放电将固态的碳棒激发至气态#在催化剂的作用下#碳原子重新排列形成一维管状结构的碳

纳米管&"’

%激光烧蚀法的机理与电弧放电法类似#主要是通过

激光轰击碳靶使其蒸发#然后从经过水冷沉积的碳产物中获得

碳纳米管&%’%上述两种方法都需要将含碳原料的固态母体!碳

棒或碳靶$加热到极高的温度使其蒸发#再对碳产物进行收集%产物中除了碳纳米管外#往往还含有富勒烯(石墨微粒(无定形

,9*,材料导报""""&

##%年$$月第&#卷专辑#万方数据

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