5.2 结果分析 29

结  论 35

致  谢 36

参  考  文  献 37

1  绪论

1.1  简介

纳米科学是一门集多学科特征的新兴研究领域，主要针对纳米尺度（1~100nm）的物质组成、特性、制备、相互作用，以及实际应用。纳米科学在上世纪末期飞速发展，涉及材料学、物理学、化学、机械学等多个学科。它的诞生使得人类对物质的认识和改造范围扩展到了原子和分子。

上世纪末，日本科学家S.Iijima[1]发现了一种多层碳纳米管套在一起的同轴圆柱状结构，即人们熟知的多壁碳纳米管(Multi-Walled carbon nanotubes，MWCNT)，图1-1是S.Iijima发现的碳纳米管的电子显微照片。两年之后，Iijima和Bethune等[2]又同时制备出单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon nanotute, SWCNT)。

图1-1  Iijima得到的碳纳米管的电子显微照片[2]

完全不同于我们现有的传统材料，碳纳米管表现出一系列优异的理化及力学性能，如它的高硬度、高强度和低密度，化学稳定性强，在空气中973K以下基本不被腐蚀[3]。碳纳米管的手性特征可以决定碳纳米管的导电性能[3,4]，不同的手性的碳管可以是金属或半导体，能够人为地将碳纳米管转换成金属或半导体[5]。

自上世纪九十年代被发现以来，碳纳米管引起了学术界和工业界研究者的广泛关注，已经逐渐成为材料科学领域的研究热点，国内外的科学家们针对碳纳米管做了大量的研究工作，主要集中在其力学性能和电学性能上，取得了很多有价值的研究成果。

近年来，在大量科学家和学者的积极探索下，碳纳米管的制备技术的不断成熟[6-8]，工业界已经能够低成本地制造碳纳米管复合材料，在实际的商业应用如材料增强、传感器和纳米电子等领域中取得了广泛应用。碳纳米管拥有优异的力学性能、热稳定性以及低密度，可以用来制造轻质增强、增韧材料。我国富士康公司已经能够生产碳纳米管触摸面板，并成功地为华为、酷派、中兴等手机配套；美国斯坦福研究团队发现碳纳米管将成为微电子领域中硅芯片的替代材料；日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管[9]；碳纳米管也是最好的储氢材料之一，可以作为储存氢气的优良容器[10]。论文网

1.2  碳纳米管的结构

1.2.1  单壁碳纳米管

如图1-2所示，单壁碳纳米管由单层石墨卷曲而成，不同的卷曲方向代表不同的手性(Chirality)，用手性矢量 表示，其定义如下：

                             (1)

其中 和 为石墨层内两个夹角为60°的基矢量，如果将一个石墨层沿矢量 方向首尾连接起来形成圆柱状结构，那么m和n就是该碳纳米管的手性指数，通常称其为(m,n)型碳纳米管。三类单层碳纳米管可以用螺旋角 定义，其中： = 为锯齿形，如图1-3(a)； <  < 为螺旋型，如图1-3(c)； = 为扶手椅形，见图1-3(b)。碳纳米管的直径d和螺旋角 的计算公式分别为[11]：

 ，    (2)

图1-2   碳纳米管(m, n)展开后的平面结构[37]

图1-3   自上而下为(a)锯齿型、(b)扶手椅型和(c)螺旋型碳纳米管的结构示意图[38]

1.2.2  多壁碳纳米管