纳 米 碳 管 简 介

各种结构的碳：金刚石，C60，石墨，（10，10）型纳米碳管 （From Nanotube image gallery at Rice University）     纳米碳管(Carbon nanotube)是1991年才被发现的一种碳结构。理想纳米碳管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。石墨烯的片层一般可以从一层到上百层，含有一层石墨烯片层的称为单壁纳米碳管(Single walled carbon nanotube, SWNT)，多于一层的则称为多壁纳米碳管( Multi-walled carbon nanotube, MWNT)。SWNT的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36分子的直径相当, 但SWNT的直径大于6nm以后特别不稳定，会发生SWNT管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。MWNT的层间距约为0.34纳米，直径在几个纳米到几十纳米，长度一般在微米量级，最长者可达数毫米。由于纳米碳管具有较大的长径比，所以可以把其看成为准一维纳米材料。     纳米碳管中的碳原子以sp2杂化，但是由于存在一定曲率所以其中也有一小部分碳属sp3杂化。在不考虑手性的情况下，SWNT可以由两个参量完全确定（直径和螺旋角或两个表示石墨烯的指数（n,m）或者螺旋向量Cn和垂直向量T〕，MWNT则需要三个以上的参数表示。 　 纳米碳管的高分辨电子显微镜照片，从左到右为SWNT，MWNT（包含2层、3层、4层石墨片层）From Ref. 3, 6 　　历史  　　纳米碳管研究是富勒烯(C60,C70...)继续，1991年，理论预计纳米碳管具有许多的奇特电学性能[1][2]，几乎同时NEC公司S Iijima在高分辨电子显微镜下观察采用电弧法制备的富勒烯中发现了一种管状结构，经过研究表明它们是同轴多层富勒管，被称为多壁纳米碳管 [3]，随后NEC公司的TW Ebbesen和PM Ajayan找到大量制备MWNT方法[4]。虽然在70年代，研究气相热解碳的过程中，已经观察到这种纳米结构的碳，但是没有引起足够的重视[5]，并加以深入研究。1993年S. Iijima[6]和IBM公司的研究小组[7]同时报道了观察到SWNT。在早期实验中，制备的SWNT产率很低，SWNT的物理性质的研究开始于1995年，Rice大学的Richard Smalley研究小组发现激光蒸发方法可以得到极高产率的SWNT[8]。此后，法国Montpellier大学的Bernier研究小组[9]采用电弧法也可以得到高产率的SWNT。1998年，中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法也得到较高产率的SWNT[10]。由于SWNT结构比较简单，理论研究也比较容易，所以开始了对纳米碳管的广泛研究。