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单壁碳纳米管

单壁碳纳米管

壁碳纳米管作为最 具代表性的一维纳米材料,具有许多优异的物理化学性能。随着对单壁碳纳米管基础和应用研究的不断深入,其在很多领域都展现出广阔的应用前景,包括纳米电子器件、复合材料增强剂、能源储能介质、催化剂和催化剂载体、传感器、场发射器、导电薄膜和生物纳米材料等等,其中一些已经实现了工业应用。

1、单壁碳纳米管的性能
理论和实验研究表明碳纳米管具有极高的强度,理论计算值为钢的100倍,但其密度仅为钢的1/6。Treacy等人在透射电子显微镜中测定热致振动的振幅,结果表明,碳纳米管具有异常高的扬氏模量,平均值为118Tpa。同时碳纳米管还具有极高的韧性,十分柔软,它被认为是未来的“超 级纤维”。
2、碳纳米管的发射性能
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。单壁碳纳米管的直径通常仅有1~2nm,长度可以达到几十至上百微米,长径比很大;而且其结构完整性好,导电性很好,化学性能稳定,具备了高性能场发射材料的基本结构特征。
3、碳纳米管的电磁性能
碳纳米管不同的直径和螺旋度可以使其呈现金属导电性或半导体特性。碳纳米管具有独特的导电性、很高的热稳定性和本征迁移率,比表面积大,微孔集中在一定范围内,满足理想的超 级电容器电极材料的要求。
2、单壁碳纳米管的应用
单壁碳纳米管作为最 具代表性的一维纳米材料,具有许多优异的物理化学性能。随着对单壁碳纳米管基础和应用研究的不断深入,其在很多领域都展现出广阔的应用前景,包括纳米电子器件、复合材料增强剂、能源储能介质、催化剂和催化剂载体、传感器、场发射器、导电薄膜和生物纳米材料等等,其中一些已经实现了工业应用。
3、单壁碳纳米管的电学性能
单壁碳纳米管的螺旋管状结构决定了其独特且优异的电学性质。理论研究表明,由于电子在碳纳米管的运输方式呈弹道运输,单壁碳纳米管的载流能力高达109A/cm2,比导电良好的铜高出1000倍。单壁碳纳米管的直径在1nm左右,电子在其中的运动具有量子行为,受量子物理影响,随着单壁碳纳米管的管径和螺旋方式变化,价带和导带的能隙可从近乎零变化到1eV,其导电性可呈金属性和半导体性,因而碳纳米管的导电性可通过改变手性角和直径来调控,至今为止还没有发现其他任何物质能像单壁碳纳米管一样通过简单地改变原子排布方式调节其能隙大小。
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