生物质复合材料的电性能研究(2)
3 结果与分析 12
结 论 19
致 谢 20
参考文献21
1 绪论
1．1 碳纳米管
在上世纪九十年代，一个针管状的碳单质被当时的电镜教授饭岛澄男发现了，即为碳纳米管。随之而来的是，单壁碳纳米管和多壁碳纳米管也陆陆续续被发现。它们具备出色的机械性能和良好的电气性能，同时它们的长径比和比表面积都较高而且密度较低，这样的材料是非常具有发展价值和前景的，于是吸引了许多科学家的关注。发现了碳纳米管对纳米材料的研究和发展而言，无异于打开了一扇纳米材料研究的新大门，对纳米材料的科学研究也由此进入到一个全新的时期。由于碳纳米管具有独特的管状一文分子结构，所以推动了研究微观领域的纳米低文规模的研究，其中包括物理结构、理化性质和应用的研究。
1.1.1 碳纳米管的结构与修饰
碳纳米管的别名又称巴基管，它是一个由单层的石墨或者多层的石墨围绕一中心轴按照一定的旋转角旋转形成的没有缝的纳米管，其中每一层的纳米管是通过一个碳原子和周围的三个碳原子以sp2杂化的方式完全键合从而得到的优尔角平面。以石墨管壁的层数来为碳纳米管分类的话，大致可分为两类，单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWNTs)和多壁碳纳米管(multi-wailed carbon nanotubes,MWNTs)。其中，单层的碳原子卷曲而成的称为单壁碳纳米管，同时多层的碳原子卷曲而成的则称为多壁碳纳米管，每层纳米管之间很容易成为陷阱的中心从而捕捉各种各样的缺陷，所以它的表面一般都会布满了类似小洞状的缺陷。然而无论SWNT，或是MWNT，它们的径向尺寸都是小于100nm的，但它们的轴向尺寸却有数微米甚至厘米量级，所以它们都具有很大的长径比[1]。
图1-1 C60的分子结构图
图1-2 单壁碳纳米管的构造示意图
图1-3 CNTs卷曲结构示意图:(A)扶手椅形SWNTs;(B)锯齿形
SWNTs;(C)手型SWNTs;(D)螺旋状CNTs;(E)MWNTs截面图
构建碳纳米管的C-C共价键是一个十分稳固的化学键，理论推算与实验结果都解释了，经由碳纳米管的理论估量而得的杨氏模量高达5TPa，而试验中测试而得到的平均值为1.8 TPa[2，3]，其弯曲强度实14.2 GPa，其抗拉强度达到钢的100倍，密度却只有钢的1/6到1/7，而且耐酸碱，在空气中973 K之下一般也不会失重，并热稳定性很高。
在自然界中，碳从石墨形态慢慢演变成为碳纳米管形态，然而在碳纳米管的管壁上仍然存在着许许多多的未成对的电子在游动，因此它们是拥有金属导电率和半导体特征的，而这些则直接受到碳纳米管的直径和碳纳米管壁的螺旋角的影响而变化。Issi等利用光刻技术，在碳纳米管管束上面沉积黄金，连接导线，使用两点法来测量在室温(300 k)下的轴向电阻率是10-5Ω•cm，并且能够通过较大电流密度[4]。
在碳纳米管进行应用之前，需要分离和纯化碳纳米管从而来除掉碳纳米管中的石墨纳米粒子和金属纳米粒子[5]。而今较为经常使用的是氧化法来纯化碳纳米管，主要有氧气氧化法与强氧化性酸氧化法。Saito等人在实验中发现，使用化学强酸切割碳纳米管可以打开碳纳米管，和同时进行切割和改性则是更为理想的办法[6]。Ebbesen等在后续研究中进一步发现，开了口的碳纳米管的顶部存在一些的活性组织，例如羟基、羧基等，并且它们预测可以使用碳纳米管上的这些活性组织对碳纳米管进行有机化学改性处理[7]。Liu等人钻研了单壁碳纳米管的切削方式，利用强酸和超声波对其切割并取得富勒烯管道，具备良好的分离机能，其长度大约为100~300nm，其开口端发现了羧基的存在[8、9]。
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