3。1。6 XPS 光谱分析 19

3。1。7 TGA 分析 22

3。1。8 紫外可见光光谱分析 22

3。1。9 透射电镜分析 24

3。2 力学性能分析 25

3。2。1 拉伸试验 25

3。2。2 弯曲试验 28

3。2。3 DMA 分析 30

3。3  扫描电镜断貌分析 32

3。4 模型模拟 34

结 论 37

致 谢 38

参考文献 39

第一章 绪论

1。1 碳纳米管

碳纳米管（Carbon nanotube）[1]是一种一维纳米材料，它具有较小的质量，碳原 子以六元成环，结构稳定，在力学、电学、热力学等很多方面都表现出良好的性能。 近些年来，随着技术的卓越发展，以及人们对材料性能要求的不断提高，碳纳米管的 应用前景也在不断涌现出来。因此碳纳米管已经在很多方面都有应用，如超导纤维、 导电复合材料、碳纳米管超级电容、碳纳米管锂离子电池电极等。

1。1。1 碳纳米管的性质

（1）力学性质

碳纳米管中碳原子是以 Sp2 的杂化方式，形成 C=C 双键互相连接在一起的，而 C=C 双键键长相对较短所以键能较大，是自然界中较稳定的化学键，所以碳纳米管 有很高的弹性模量、韧性和轴向强度。碳纳米管拉伸极限强度可以达到 50~200GPa， 比常规意义上的石墨纤维高几十倍。理想的单壁层碳纳米管的拉伸强度理论上约 800GPa。碳纳米管的长径比很大，是现为止比较理想的高强度纤维材料。因为由正 六边形结构构成的石墨片层具有较高的弹性模量，其模量和金刚石的弹性模量在一个 数量级水平，它的理论值为 1。8TPa，是钢的 10 倍。碳纳米管具有较高的弯曲强度， 约为 14。2GPa，但它只有在形变量超过 18%时才会发生断裂。碳原子与碳原子之间以 化学键连接，弹性和结合强度相当高，因此碳纳米管具有非常卓越的极限拉伸强度。

（2）电学性质

石墨是片层状结构，每个碳原子的杂化方式都为 Sp2 杂化，且都具有一个未成对 的电子处于垂直于片层面的π轨道上，石墨因为有这种特性所以具有良好的导电性， 碳纳米管中碳原子所处环境与石墨一样，由此猜想碳纳米管也应具有良好的导电性。 实验也证实了理论的猜想。Thomas Ebbesen 与其同事[2]对 8 种不同的碳纳米管进行了 电阻测试，发现碳纳米管的电阻率介于 8mΩ。m~0。015μΩ 之间，与铜的电阻率相当， 并且表现出金属的导电性。早在 1996 年，比利时的研究者利用氧化硅晶片测量了利 用电弧法制备出的多壁层碳纳米管的导电性，并发现它的导电性随温度的变化而改 变，由此通过实验证实了碳纳米管具有半导体特性[3]。

（3）催化性能

很多研究人员在碳纳米管作为催化剂的研究中也取得了很重要的成果, 其中碳 纳米管已被用于分散和稳定粒径在 10-9m 的小金属颗粒上。以碳纳米管为基础而制得 的纳米级催化剂可在很大程度上改善多相催化的选择性问题。Planeix[4]发现载负有 Ru 颗粒的碳纳米管, 在肉桂醛氢化合成肉桂醇的反应中, 它的选择性可高达 92%, 而同样分散程度的 Ru/ AC 和 Ru/ Al2O3 却分别只有 30%~ 40% 和 20% ~ 30% 。此外, 由于碳纳米管为管状，形状上具有管状形腔的特点，因此有人利用这一特点，在碳纳 米管腔内进行了有机合成实验, 并预言碳纳米管将会对生物化学、有机合成以及制药 化学等领域产生非常重大的意义。