毕业论文课题相关文献综述

文 献 综 述

1.1 碳纳米管的概述

1.1.1碳纳米管的结构与性能

碳纳米管，又称巴基管，是种存在特殊结构的一维量子材料，由日本物理学家饭岛澄男在1991年发现。1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，无意间发现一种碳分子是由管状的同轴纳米管组成，现在被称作 Carbon nanotube，即碳纳米管^[1]。

碳纳米管是一种中空纳米管状物，它的组成通常是由单层或多层类似六边形网格结构的石墨稀片卷曲成的。当只有一层石墨烯片时构成单壁碳纳米管；当有两层或者两层以上石墨稀片时，这时碳纳米管是多壁碳纳米管。单壁碳纳米管的管径通常为几埃到几十纳米，长却能达到几十微米，它可以看作是由六边形网格结构的石墨烯片卷曲形成的一种单层无缝纳米管状物。多壁碳纳米管的管径一般为几纳米到几十纳米，长却能有几毫米，并且每层间的距离是固定的，大约为0.134nm^[2]。在多壁碳纳米管的管壁上通常有小洞样的缺陷，因为在形成多壁碳纳米管的时候，每层之间的间距作为陷阱中心来捕捉缺陷。而单壁碳纳米管是单层石墨层卷曲组成的，它的直径比较小，分布的范围也小，所以缺陷比较少。故而单壁碳纳米管有更好的均匀一致性^[3]。

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有以下主要的优异性能：碳纳米管的传热性能良好，碳纳米管的长径比非常大，所以它的热交换性能在沿着长度方向上很高，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料，并且能够产生量子限制级效应^[4]；碳纳米管的手性矢量影响其导电性能，其可为导体、半导体和绝缘体，甚至在同一纳米管的不同部位，由于结构的变化而呈现不同的导电性能；碳纳米管的比表面积较大，因此具有较高的物理吸附能力^[5]；另外，因碳纳米管的结构以及碳原子之间的稳定的结合力，使碳纳米管具的力学性能非常优异，C-C共价键使碳纳米管的强度跟刚度很高，其在轴向弹性模量上接近甚至超过石墨烯片，达到1TPa甚至到1.8TPa^[6]；同时碳管的中空结构使得碳纳米管有径向上的良好塑性以及轴向上的高弹性^[7-8]。

1.1.2 碳纳米管的修饰研究进展

目前碳纳米管研究领域中最重要的是对碳纳米管进行功能化修饰，因为一般制备的碳纳米管易团聚，并且在水和其它溶剂中很难分散，这样大大的限制了其在社会各个行业中的应用。碳纳米管表面功能化修饰是指在碳纳米管表面进行物理或者化学处理，来改变碳纳米管表面结构或者物理化学性质，提高其活性，从而提高其与其他物质的溶合程度和分散能力^[9]。其中，化学修饰方法中最常见、有效和普遍的方法是有机化学修饰法^[10]。

碳纳米管的有机化学修饰法包括羧基化修饰碳纳米管法、酰氯化修饰碳纳米管法、胺类修饰碳纳米管法、加成反应修饰碳纳米管法、氟化反应修饰碳纳米管法和碳纳米管与聚合物反应。

碳纳米管的表面物理修饰法是指通过对碳纳米管表面进行超声、微波、粉碎、球磨、紫外光照射等处理来改变其表面的结构和增加碳纳米管内部分子间的范德华力，从而使得碳纳米管能够溶解在溶剂当中和能够与其它物质进行反应的方法。