碳納米管 - 修改

1、 碳納米管專題碳納米管專題Carbon Nano-tubes1 碳納米管的發(fā)展背景碳納米管的發(fā)展背景2 碳納米管的結構碳納米管的結構3 碳納米管的制備與后處理方法碳納米管的制備與后處理方法4 碳納米管的基本性質碳納米管的基本性質5 碳納米管的相關應用碳納米管的相關應用1 碳納米管的發(fā)展背景碳納米管的發(fā)展背景 背景背景：納米材料的發(fā)展納米材料的發(fā)展 1984年德國薩爾蘭大學年德國薩爾蘭大學Gleiter以及美國的以及美國的阿貢實驗室的阿貢實驗室的Sieyel相繼制得了純物質的納米相繼制得了純物質的納米細粉。細粉。Gleiter在高純凈真空的條件下將粒徑為在高純凈真空的條件下將粒徑為6nm的的Fe

2、粒子原位加壓成型，燒結得到納米微粒子原位加壓成型，燒結得到納米微晶塊體，從而使納米材料進入了一個新的階段。晶塊體，從而使納米材料進入了一個新的階段。1990年年7月在美國召開的第一屆國際納米科學月在美國召開的第一屆國際納米科學技術技術會議，正式宣布納米材料科學為材料科學會議，正式宣布納米材料科學為材料科學的一個新分支。的一個新分支。 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)：1991年，日本學者年，日本學者Ijima和美國的和美國的Bethune等人在摻加等人在摻加過渡金屬催化劑的石墨電極間起弧放過渡金屬催化劑的石墨電極間起弧放電，并在制備產(chǎn)物中分別發(fā)現(xiàn)了單壁納米管。電，并在制備產(chǎn)物中分別發(fā)現(xiàn)了單壁納米管。 研究結果研究結果

3、：理論預計該材料具有優(yōu)異的力學、：理論預計該材料具有優(yōu)異的力學、電學、磁學等性能，極具理論研究和實際應用價電學、磁學等性能，極具理論研究和實際應用價值，因而激起了國內(nèi)外學者的極大興趣，碳納米值，因而激起了國內(nèi)外學者的極大興趣，碳納米管的研究成為材料界以及凝聚態(tài)物理研究的前沿管的研究成為材料界以及凝聚態(tài)物理研究的前沿和熱點。和熱點。 近年來，美國，日本，德國，中國相繼成近年來，美國，日本，德國，中國相繼成立了納米材料研究機構，使得碳納米管的研究進立了納米材料研究機構，使得碳納米管的研究進展隨之加快，在制備及應用方面都取得了突破性展隨之加快，在制備及應用方面都取得了突破性的進展。的進展。 2 碳納

4、米管的結構碳納米管的結構 sp雜化（雜化（英語英語：sphybridization）是指一個）是指一個原子原子同一同一電子層電子層內(nèi)由一個內(nèi)由一個ns軌道和兩個軌道和兩個np軌道發(fā)生軌道發(fā)生雜化雜化的過程。原子發(fā)生的過程。原子發(fā)生sp雜化后，上述雜化后，上述ns軌道和軌道和np軌道便會轉化成為三個等價的軌道便會轉化成為三個等價的原子軌道原子軌道，稱為，稱為“sp雜化軌道雜化軌道”。三個。三個sp雜雜化軌道的化軌道的對稱軸對稱軸在同一條在同一條平面平面上，兩兩之間的上，兩兩之間的夾角夾角皆為皆為120。sp雜化一雜化一般發(fā)生在般發(fā)生在分子分子形成過程中。雜化發(fā)生前，原子最外層形成過程中。雜化發(fā)生

5、前，原子最外層s軌道中的一個軌道中的一個電子電子被被激發(fā)激發(fā)至至p軌道，使將要發(fā)生雜化的原子進入軌道，使將要發(fā)生雜化的原子進入激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)；之后，該層的；之后，該層的s軌道與軌道與三個三個p軌道中的任意兩個發(fā)生雜化。此過程中，軌道中的任意兩個發(fā)生雜化。此過程中，能量能量相近的相近的s軌道和軌道和p軌道發(fā)軌道發(fā)生疊加，不同類型的原子軌道重新分配能量并調整方向。生疊加，不同類型的原子軌道重新分配能量并調整方向。sp2雜化軌道雜化軌道含含1/3 s和和2/3 p的成分。一個的成分。一個s軌道和兩個軌道和兩個p軌道雜化軌道雜化，形成，形成3個完全相同的個完全相同的sp2雜化軌道。其雜化軌道。其3個軌道

6、間夾角為個軌道間夾角為120，呈平面正三角，呈平面正三角形。形。例如實驗測知例如實驗測知BF3的的4個原子在個原子在同一平面上，鍵角同一平面上，鍵角FBF等于等于120。B原子原子的外層的外層電子構型電子構型是是2s2 2p1，成鍵時，成鍵時1個個2s電子電子激發(fā)到激發(fā)到1個空的個空的2p軌道上，與軌道上，與此同時，此同時，1個個s軌道和軌道和2個個p軌道軌道“混合混合”起來成為起來成為3個雜化軌道，個雜化軌道，分別與分別與3個個F原子成鍵原子成鍵2 碳納米管的結構碳納米管的結構 碳納米管是單層或多層石墨片圍繞中心碳納米管是單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級管。軸按一

7、定的螺旋角卷曲而成的無縫納米級管。每層納米管是一個由碳原子通過每層納米管是一個由碳原子通過SP2雜化與周雜化與周圍圍3個碳原子完全鍵合后所構成的六邊形平面?zhèn)€碳原子完全鍵合后所構成的六邊形平面組成的圓柱面。其平面六角晶胞邊長為組成的圓柱面。其平面六角晶胞邊長為2.46 ，最短的碳碳鍵長最短的碳碳鍵長1.42 。 分類分類：根據(jù)制備方法和條件的不同，碳納米：根據(jù)制備方法和條件的不同，碳納米管存在多壁碳納米管管存在多壁碳納米管(MWNTs)和單壁碳納米和單壁碳納米管管(SWNTs)兩種形式。兩種形式。 (MWNTs)的層間接近的層間接近ABAB堆垛，其層數(shù)堆垛，其層數(shù)從從250不等，層間距為不等，層

8、間距為0.340.01nm，與石與石墨層間距墨層間距(0.34nm)相當。相當。MWNTs的典型直徑的典型直徑和長度分別為和長度分別為230nm和和0.150m， SWNTs典型的直徑和長度分別為典型的直徑和長度分別為0.753nm和和150。 碳納米管的高分辨電子顯微鏡照片，從左碳納米管的高分辨電子顯微鏡照片，從左到右為到右為SWNT，MWNT（包含（包含2層、層、3層、層、4層石墨片層）層石墨片層）From Ref. 3, 63 碳納米管的制備純化與表面修飾碳納米管的制備純化與表面修飾 （1）碳納米管的制備方法）碳納米管的制備方法 碳納米管的制備方法很多，到目前為止，碳納米管的制備方法很多

9、，到目前為止，人們嘗試了多種制備方法，如石墨電弧法、熱人們嘗試了多種制備方法，如石墨電弧法、熱解法、激光蒸發(fā)法、等離子體法、化學氣相沉解法、激光蒸發(fā)法、等離子體法、化學氣相沉積法（催化分解法）等等。其中，電弧放電積法（催化分解法）等等。其中，電弧放電（arc discharge）、激光蒸發(fā)（）、激光蒸發(fā)（laser ablation）和化學氣相沉積（和化學氣相沉積（Chemical vapor deposition ,CVD）是碳納米管的主要制備方法。）是碳納米管的主要制備方法。 當今世界公開報道當今世界公開報道高質、高效、連續(xù)大批高質、高效、連續(xù)大批量工業(yè)化生產(chǎn)碳納米管的實例量工業(yè)化生產(chǎn)碳納

10、米管的實例：沸騰床催化法、：沸騰床催化法、化學氣相沉積法化學氣相沉積法 碳納米管結構示意圖碳納米管結構示意圖(A) 椅形單壁碳納米管椅形單壁碳納米管 (B) Z字形單壁碳納米管字形單壁碳納米管(C) 手性單壁碳納米管手性單壁碳納米管 (D) 螺旋狀碳納米管螺旋狀碳納米管 (E) 多壁碳納米管截面圖多壁碳納米管截面圖（A）電弧放電法電弧放電法：其方法及設備與制備其方法及設備與制備60的的方法和設備都較相似。陰極采用厚約方法和設備都較相似。陰極采用厚約10mm，直徑約為直徑約為30mm的高純高致密的石墨片，陽極的高純高致密的石墨片，陽極采用直徑約為采用直徑約為6mm的石墨棒，整個系統(tǒng)保持的石墨棒，

11、整個系統(tǒng)保持在氣壓約在氣壓約104Pa的氦氣氣氛中，放電電流為的氦氣氣氛中，放電電流為50左右，放電電壓左右，放電電壓20。通過調節(jié)陽極進給速。通過調節(jié)陽極進給速度，可以保持在陽極不斷度，可以保持在陽極不斷消耗和陰極不斷生長消耗和陰極不斷生長的同時，兩電極的放電端面距離不變，從而可的同時，兩電極的放電端面距離不變，從而可以得到大面積離散分布的碳納米管，同時還可以得到大面積離散分布的碳納米管，同時還可能產(chǎn)生碳納米微粒。能產(chǎn)生碳納米微粒。 特點：特點：產(chǎn)量很低，僅局限在實驗室中應用，產(chǎn)量很低，僅局限在實驗室中應用，不適于大批量連續(xù)生產(chǎn)。不適于大批量連續(xù)生產(chǎn)。 (B)熱解法熱解法：這種方法也很簡單，

12、將一塊基板放：這種方法也很簡單，將一塊基板放進加熱爐里加熱至進加熱爐里加熱至600，然后慢慢充入甲烷，然后慢慢充入甲烷一類的含碳氣體。一類的含碳氣體。氣體分解時產(chǎn)生自由的碳原氣體分解時產(chǎn)生自由的碳原子，碳原子重新結合可能形成碳納米管。子，碳原子重新結合可能形成碳納米管。 優(yōu)點：優(yōu)點：最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，也可能制備很長的最容易實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，也可能制備很長的碳納米管。碳納米管。 缺點：缺點：制得的碳納米管是多壁的，常常有許多制得的碳納米管是多壁的，常常有許多缺陷。與電弧放點法制備的碳納米管相比，這缺陷。與電弧放點法制備的碳納米管相比，這種碳納米管抗張強度只有前者的十分之一。種碳納米管抗張強度只有前者的

13、十分之一。 （C）化學氣相沉積法化學氣相沉積法(催化熱裂解法催化熱裂解法) ) CVD法是一種發(fā)展比較成熟的制備碳納米管特別是法是一種發(fā)展比較成熟的制備碳納米管特別是SWNTs 的技術。通過激光等將過渡金屬微粒和碳氫化合物同的技術。通過激光等將過渡金屬微粒和碳氫化合物同時加熱到高溫而使碳氫化合物發(fā)生熱解而產(chǎn)生的。時加熱到高溫而使碳氫化合物發(fā)生熱解而產(chǎn)生的。基本原理：基本原理：以含碳氣體（一般為烴類氣體或以含碳氣體（一般為烴類氣體或CO）為給料氣體）為給料氣體（feedstock）供給碳源，在金屬催化劑（過渡金屬如）供給碳源，在金屬催化劑（過渡金屬如Fe、Co、Mo、Ni等及其氧化物）的作用下直

14、接在襯底表面裂解合成出等及其氧化物）的作用下直接在襯底表面裂解合成出SWNTs。特點：特點：由于制備時溫度較低（一般控制在由于制備時溫度較低（一般控制在5001000 )，生成，生成的的SWNTs缺陷較少，同時設備簡單、產(chǎn)率較高、條件易控，缺陷較少，同時設備簡單、產(chǎn)率較高、條件易控，CVD技術有著很好的工業(yè)化前景。技術有著很好的工業(yè)化前景。參數(shù)控制：參數(shù)控制：通過施加電場和控制給料的氣流方向，可以對通過施加電場和控制給料的氣流方向，可以對SWNTs的生長方向進行控制；而通過控制作為催化劑的納米的生長方向進行控制；而通過控制作為催化劑的納米顆粒尺寸大小，可以控制合成的顆粒尺寸大小，可以控制合成的

15、SWNTS的直徑范圍。的直徑范圍。機理機理:與電弧放電法類似，主要是將一根金屬催化劑與電弧放電法類似，主要是將一根金屬催化劑/石墨混合的石墨靶放置于一長形石英管中間，該管石墨混合的石墨靶放置于一長形石英管中間，該管則置于一加熱爐內(nèi)。當爐溫升至則置于一加熱爐內(nèi)。當爐溫升至1200時，將惰性時，將惰性氣體充入管內(nèi)，并將一束激光聚焦于石墨靶上。石氣體充入管內(nèi)，并將一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下將生成氣態(tài)碳，這些氣態(tài)碳和催墨靶在激光照射下將生成氣態(tài)碳，這些氣態(tài)碳和催化劑粒子被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū)，在催化劑的化劑粒子被氣流從高溫區(qū)帶向低溫區(qū)，在催化劑的作用下生長成碳納米管。作用下生長成碳納

16、米管。研究者：研究者：Rice大學的大學的Richard Smally和他的合作者和他的合作者產(chǎn)率：產(chǎn)率：在催化劑合適的條件下，可大量制備單層碳納在催化劑合適的條件下，可大量制備單層碳納米管，一般產(chǎn)率可達米管，一般產(chǎn)率可達70%。優(yōu)點：優(yōu)點：主產(chǎn)物為單層碳納米管，通過改變反應溫度可主產(chǎn)物為單層碳納米管，通過改變反應溫度可控制管的直徑?？刂乒艿闹睆健Ｈ秉c：缺點：需要非常昂貴的激光器，所以此法耗費最的大。需要非常昂貴的激光器，所以此法耗費最的大。 (D)激光法激光法（E）長碳納米管束制造新方法長碳納米管束制造新方法 中國清華大學和美國倫塞勒理工學院的研究人中國清華大學和美國倫塞勒理工學院的研究人員

17、，員，制造出的碳納米管束最長達到了制造出的碳納米管束最長達到了20厘米厘米，狀如，狀如人的發(fā)絲。這一成果是向制造可用于電子設備的微人的發(fā)絲。這一成果是向制造可用于電子設備的微型導線等邁出的重要一步。型導線等邁出的重要一步。 中美科學家在研究中中美科學家在研究中對合成對合成碳納米管常用的化碳納米管常用的化學氣相淀積方法進行了改進學氣相淀積方法進行了改進。改進結果顯示，在化。改進結果顯示，在化學氣相淀積過程中加入氫和另外一種含硫化合物后，學氣相淀積過程中加入氫和另外一種含硫化合物后，不僅能制造出更長的碳納米管束，而且這些碳納米不僅能制造出更長的碳納米管束，而且這些碳納米管束可由單層碳納米管通過自我

18、組裝而有規(guī)律地排管束可由單層碳納米管通過自我組裝而有規(guī)律地排列組成列組成。 研究人員認為，他們的新方法作為一種更為簡便研究人員認為，他們的新方法作為一種更為簡便的替代工藝，也許還可以的替代工藝，也許還可以用來生產(chǎn)高純度的單層碳用來生產(chǎn)高純度的單層碳納米管材料納米管材料。（2）碳納米管的純化碳納米管的純化常用的提純方法常用的提純方法：氧化法、過濾法、氣相沉積：氧化法、過濾法、氣相沉積法、離心分離法。法、離心分離法。氧化法的基本思想氧化法的基本思想：碳納米管兩端活性較強，：碳納米管兩端活性較強，所以氧化先從端口開始，由于端口長度與納所以氧化先從端口開始，由于端口長度與納米雜質粒子及無定形碳的長度相

19、差幾個數(shù)量米雜質粒子及無定形碳的長度相差幾個數(shù)量級，因此，在相同的速度下氧化，雜質粒子級，因此，在相同的速度下氧化，雜質粒子和無定形碳先被氧化掉，最后只剩較為純凈、和無定形碳先被氧化掉，最后只剩較為純凈、甚至被打開端口的碳管。甚至被打開端口的碳管。 常用提純方法：常用提純方法：物理法和化學法兩大類。物理法和化學法兩大類。n物理法：物理法：根據(jù)碳納米管與雜質的根據(jù)碳納米管與雜質的物理性質的不同物理性質的不同這這特點，主要指利用超聲波降解、離心、沉積和過濾特點，主要指利用超聲波降解、離心、沉積和過濾而將其分離。物理法對于提純單壁碳納米管是一種而將其分離。物理法對于提純單壁碳納米管是一種有效的方法。

20、有效的方法。n化學法：化學法：主要是用碳納米管與雜質的主要是用碳納米管與雜質的氧化速度不同氧化速度不同而除去雜質來提純碳納米管。而除去雜質來提純碳納米管。n常用的氧化劑：常用的氧化劑：空氣、硝酸、混酸、重鉻酸鉀等，空氣、硝酸、混酸、重鉻酸鉀等，或幾種氧化劑相結合且分步來氧化提純碳納米管。或幾種氧化劑相結合且分步來氧化提純碳納米管。n基本原理：基本原理：優(yōu)先氧化碳納米管管壁周圍懸掛的五元優(yōu)先氧化碳納米管管壁周圍懸掛的五元環(huán)和七元環(huán)，而沒有懸掛鍵的六元環(huán)需要較長時間環(huán)和七元環(huán)，而沒有懸掛鍵的六元環(huán)需要較長時間才能被氧化。當碳納米管的封口遭到破壞，由六元才能被氧化。當碳納米管的封口遭到破壞，由六元環(huán)

21、組成的管壁被氧化的速率十分緩慢，而碳顆粒則環(huán)組成的管壁被氧化的速率十分緩慢，而碳顆粒則一層層被氧化，最后只剩下碳納米管，從而達到提一層層被氧化，最后只剩下碳納米管，從而達到提純的目的。純的目的。（A）氧氣（或空氣）氧化法）氧氣（或空氣）氧化法 該方法有該方法有Ajayan和和Ebbesen等提出等提出11。他們將電弧放電法制備的碳納米混合物在空氣他們將電弧放電法制備的碳納米混合物在空氣中加熱到中加熱到700以上時，重量發(fā)生損失。在以上時，重量發(fā)生損失。在850溫度下加熱溫度下加熱15min后，樣品全部消失，后，樣品全部消失，他們發(fā)現(xiàn)當樣品損失率達到他們發(fā)現(xiàn)當樣品損失率達到99%以上時，殘以上時

22、，殘留的樣品基本上全部是碳納米管。留的樣品基本上全部是碳納米管。 缺點：缺點：該反應的選擇性較差，碳納米顆粒被氧該反應的選擇性較差，碳納米顆粒被氧化侵蝕的過程要持續(xù)一個較長時間，而且納米化侵蝕的過程要持續(xù)一個較長時間，而且納米顆粒與納米管交織在一起，當碳納米顆?；绢w粒與納米管交織在一起，當碳納米顆?；旧先咳コ龝r，多層碳納米管的管壁也被氧化上全部去除時，多層碳納米管的管壁也被氧化侵蝕掉，最后剩下單層的碳納米管。侵蝕掉，最后剩下單層的碳納米管。（B）CO2 氧化法氧化法 該法由英國學者該法由英國學者Tsang 等等13將電弧放將電弧放電法所得的陰極沉積物放入一個兩端有塞子的電法所得的陰極沉積

23、物放入一個兩端有塞子的石英管中，在石英管中，在850下通入下通入CO2 (20mL/ min) ，持續(xù)，持續(xù)5h 后，約有后，約有10(wt)%損失，此損失，此時碳納米管的封口被打開。繼續(xù)加熱，碳納米時碳納米管的封口被打開。繼續(xù)加熱，碳納米顆粒、碳納米球、無定形炭將被氧化燒蝕，被顆粒、碳納米球、無定形炭將被氧化燒蝕，被氧化除去。而且當氧化時間足夠時，氧化除去。而且當氧化時間足夠時，MWNTs的管壁會受到侵蝕，從而變成的管壁會受到侵蝕，從而變成SWNTs。 （C）濃硝酸氧化法）濃硝酸氧化法n將碳納米管加入到濃硝酸中攪拌，超聲波分散將碳納米管加入到濃硝酸中攪拌，超聲波分散后加熱回流處理。自然冷卻后

24、用蒸餾水稀釋、后加熱回流處理。自然冷卻后用蒸餾水稀釋、洗滌至中性，經(jīng)真空干燥、研磨后既得到純化洗滌至中性，經(jīng)真空干燥、研磨后既得到純化處理的碳納米管處理的碳納米管14。n優(yōu)點：優(yōu)點：經(jīng)過適當濃度硝酸氧化處理一定時間的經(jīng)過適當濃度硝酸氧化處理一定時間的CNTs，其基本結構未發(fā)生本質變化，而表面，其基本結構未發(fā)生本質變化，而表面活性基團顯著增加，在乙醇中分散濃度、均勻活性基團顯著增加，在乙醇中分散濃度、均勻性、穩(wěn)定性得到提高，在復合材料中的分散均性、穩(wěn)定性得到提高，在復合材料中的分散均勻性及與樹脂的結合性能也得到相應提高。硝勻性及與樹脂的結合性能也得到相應提高。硝酸氧化處理是酸氧化處理是CNTs表

25、面活化的有效方法。表面活化的有效方法。（3）碳納米管的表面修飾）碳納米管的表面修飾定義定義：碳納米管的修飾是指通過溴水、重鉻酸鉀、混：碳納米管的修飾是指通過溴水、重鉻酸鉀、混酸等氧化劑氧化碳納米管的端口和側壁，在其上引酸等氧化劑氧化碳納米管的端口和側壁，在其上引進一些基團，從而克服碳納米管間的短程作用力。進一些基團，從而克服碳納米管間的短程作用力。分類：分類： 按修飾部位按修飾部位：端頭修飾、側壁修飾；：端頭修飾、側壁修飾； 端頭修飾是化學修飾中最常見的一種。碳納米管可端頭修飾是化學修飾中最常見的一種。碳納米管可以被視為線性富勒烯分子，其端頭是由碳的五元環(huán)以被視為線性富勒烯分子，其端頭是由碳的

26、五元環(huán)和六元環(huán)組成的半球形，具有球形富勒烯的凸起結和六元環(huán)組成的半球形，具有球形富勒烯的凸起結構，強氧化劑可將端頭打開而氧化成羧基，從而與構，強氧化劑可將端頭打開而氧化成羧基，從而與其它的化學試劑反應，引入增溶基。同時，碳納米其它的化學試劑反應，引入增溶基。同時，碳納米管側壁碳原子的管側壁碳原子的SP2雜化形成大量的高度離域化雜化形成大量的高度離域化電電子，這些子，這些電子可以被用來與其他化合物通過電子可以被用來與其他化合物通過-非非共價鍵作用相結合，得到修飾的碳納米管。共價鍵作用相結合，得到修飾的碳納米管。按修飾方法按修飾方法：重氮鹽電化學修飾、化學摻雜等。：重氮鹽電化學修飾、化學摻雜等。按

27、修飾的性質按修飾的性質：共價功能化、非共價功能化：共價功能化、非共價功能化(A)共價功能化共價功能化定義定義：通過共價鍵聯(lián)接來修飾碳納米管的方法：通過共價鍵聯(lián)接來修飾碳納米管的方法分類：分類： 碳納米管的酰胺化碳納米管的酰胺化 、碳納米管的酯化、氟化、碳納米管的酯化、氟化、芳基重氮化芳基重氮化 、HTAB修飾碳納米管修飾碳納米管 、檸檬酸、檸檬酸 、碳納米管化學鍍鎳及熱處理碳納米管化學鍍鎳及熱處理 (B)非共價功能化非共價功能化定義定義：通過對：通過對CNTs進行物理吸附和包裹來修飾進行物理吸附和包裹來修飾碳納米管的方法碳納米管的方法分類分類： 離子液體修飾碳納米管離子液體修飾碳納米管 、表面

28、活性劑、表面活性劑 （十二（十二烷基磺酸鈉烷基磺酸鈉(SDS)和十二烷基苯磺酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉(SDBS) ）、聚間亞苯基亞乙烯（）、聚間亞苯基亞乙烯（PmPV） 等等 （1）力學性能）力學性能：sp2雜化形成的雜化形成的C=C共價鍵是自然界共價鍵是自然界最強的價鍵之一，賦予碳納米管極強的強度、韌性最強的價鍵之一，賦予碳納米管極強的強度、韌性及彈性模量，使碳納米管具有優(yōu)異的力學性能。由及彈性模量，使碳納米管具有優(yōu)異的力學性能。由于碳納米管的納米尺度和易纏繞的特點，直接用傳于碳納米管的納米尺度和易纏繞的特點，直接用傳統(tǒng)實驗方法測量其力學性能比較困難，因此最初對統(tǒng)實驗方法測量其力學性能比較困難

29、，因此最初對碳納米管力學性能的研究集中在碳納米管力學性能的研究集中在理論預測理論預測上。上。 初步估算，碳納米管的強度大概是鋼的初步估算，碳納米管的強度大概是鋼的100倍。倍。Lieber運用運用STM技術測試了碳納米管的彎曲強度，技術測試了碳納米管的彎曲強度，證明碳納米管具有理想的彈性和很高的硬度。因此證明碳納米管具有理想的彈性和很高的硬度。因此用碳納米管作為金屬表面上的復合鍍層，可以獲得用碳納米管作為金屬表面上的復合鍍層，可以獲得超強的超強的耐磨性耐磨性和和自潤滑性自潤滑性，其耐磨性要比軸承鋼高，其耐磨性要比軸承鋼高100倍，摩擦系數(shù)為倍，摩擦系數(shù)為0.060.1，且還發(fā)現(xiàn)該復合鍍層，且還

30、發(fā)現(xiàn)該復合鍍層還具有還具有高的熱穩(wěn)定性高的熱穩(wěn)定性和和耐腐蝕性耐腐蝕性等性能。等性能。 4 碳納米管的基本性質碳納米管的基本性質 耐磨性耐磨性：利用碳納米管的高耐磨性，可以用：利用碳納米管的高耐磨性，可以用其制造刀具和模具等。這不僅能夠提高產(chǎn)品的其制造刀具和模具等。這不僅能夠提高產(chǎn)品的耐磨性，還能提高產(chǎn)品的期限，若能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)耐磨性，還能提高產(chǎn)品的期限，若能實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其效益將是非常巨大的?；湫б鎸⑹欠浅＞薮蟮?。 自潤滑性自潤滑性：利用碳納米管的自潤滑性，可以：利用碳納米管的自潤滑性，可以用來制造潤滑材料，關于這一點，已取得了一用來制造潤滑材料，關于這一點，已取得了一些成果些成果 作為針尖作

31、為針尖：1996年年Smalley用一個碳納米管修用一個碳納米管修飾的針尖觀察到了原子縫底的情況，飾的針尖觀察到了原子縫底的情況， Lieber用用這個方法研究生物分子，解決了許多這個方法研究生物分子，解決了許多STM針針尖無法解決的問題，其分辨率也高。尖無法解決的問題，其分辨率也高。 理論估計其理論估計其楊氏模量楊氏模量高達高達5TPa，實驗測，實驗測得平均為得平均為1.8TPa，比一般的碳纖維高一個數(shù)量，比一般的碳纖維高一個數(shù)量級，與金剛石的模量幾乎相同，為已知材料的級，與金剛石的模量幾乎相同，為已知材料的最高模量；最高模量；彎曲強度彎曲強度14.2GPa，所存應變能達，所存應變能達100

32、KeV，是最好微米級晶須的兩倍；其，是最好微米級晶須的兩倍；其彈性彈性應變應變可達可達518，約為鋼的，約為鋼的60倍；其強度約倍；其強度約為鋼的為鋼的100倍，而倍，而密度密度約為約為1.22.1g/cm3，僅，僅為鋼的為鋼的1/61/7。碳納米管還有。碳納米管還有超高的韌性超高的韌性，理論估算它的最大延伸率可達理論估算它的最大延伸率可達20%。 （2）電學性能）電學性能：碳納米管與石墨一樣，碳原子：碳納米管與石墨一樣，碳原子之間是之間是sp2雜化，每個碳原子有一個未成對電雜化，每個碳原子有一個未成對電子位于垂直于層片的子位于垂直于層片的軌道上，因此碳納米管軌道上，因此碳納米管具有優(yōu)良的導電

33、性能。但隨網(wǎng)格構型（螺旋角）具有優(yōu)良的導電性能。但隨網(wǎng)格構型（螺旋角）和直徑的不同，其導電性可呈現(xiàn)和直徑的不同，其導電性可呈現(xiàn)金屬、半金屬金屬、半金屬或或半導體半導體性，因而碳納米管的傳導性可通過改性，因而碳納米管的傳導性可通過改變管中變管中網(wǎng)絡結構網(wǎng)絡結構和和直徑直徑來變化。來變化。 直徑與螺旋結構主要由手性矢量所決定，直徑與螺旋結構主要由手性矢量所決定，當手性矢量符合一定數(shù)時，單壁碳納米管為當手性矢量符合一定數(shù)時，單壁碳納米管為金金屬導電性屬導電性，否則為，否則為半導體導電性半導體導電性。當然，由于。當然，由于某些特別的缺陷也可能導致同一碳納米管既具某些特別的缺陷也可能導致同一碳納米管既具

34、有金屬的導電性又具有半導體的導電性。有金屬的導電性又具有半導體的導電性。 （3）優(yōu)異的磁性優(yōu)異的磁性：應用領域有功率變壓器、：應用領域有功率變壓器、脈沖變壓器、高頻變壓器、扼流圈、互感器磁脈沖變壓器、高頻變壓器、扼流圈、互感器磁頭、磁開關和傳感器等。它將成為鐵氧體的有頭、磁開關和傳感器等。它將成為鐵氧體的有力的競爭者。新近發(fā)現(xiàn)的碳納米管軟磁材料的力的競爭者。新近發(fā)現(xiàn)的碳納米管軟磁材料的高頻場中具有巨磁阻抗效應。高頻場中具有巨磁阻抗效應。 （4）良好的儲氫性能良好的儲氫性能：碳納米管具有比活性：碳納米管具有比活性炭更大的比表面積，且具有大量的微孔，因此炭更大的比表面積，且具有大量的微孔，因此被認

35、為是最好的儲氫材料。被認為是最好的儲氫材料。 （5）良好的吸波性能良好的吸波性能：由于碳管的獨特分子：由于碳管的獨特分子結構，特別是螺旋狀納米碳管，將其做成的吸結構，特別是螺旋狀納米碳管，將其做成的吸波材料波材料(材料材料)具有比一般吸收材料高得多的具有比一般吸收材料高得多的光吸收率。人們可利用其這一特性著手研究在光吸收率。人們可利用其這一特性著手研究在軍事隱形、蓄能、吸波等方面的應用。軍事隱形、蓄能、吸波等方面的應用。 例例：沈曾民等研究表明：用化學鍍方法在碳納米管：沈曾民等研究表明：用化學鍍方法在碳納米管的表面鍍上一層均勻的過渡金屬鎳。碳納米管吸波的表面鍍上一層均勻的過渡金屬鎳。碳納米管吸

36、波涂層在厚度為涂層在厚度為0.97mm時，在時，在8GHz18GHz，-10dB的頻寬為的頻寬為3.0，-5dB的頻寬為的頻寬為4.7 GHz。鍍鎳鍍鎳碳納米管吸波涂層在厚度為碳納米管吸波涂層在厚度為0.97nm時，時，-10dB的的頻寬為頻寬為2.23 GHz，-5dB的頻寬為的頻寬為4.6 GHz。碳納碳納米管表面鍍鎳后雖然吸收峰值變小，但吸收峰有寬米管表面鍍鎳后雖然吸收峰值變小，但吸收峰有寬化的趨勢化的趨勢，這種趨勢對提高材料的吸波性能是有利，這種趨勢對提高材料的吸波性能是有利的。的。 含碳納米管偶極子吸波涂層的主要吸波機理含碳納米管偶極子吸波涂層的主要吸波機理：在含：在含碳納米管的吸波

37、涂層中，碳納米管作為偶極子在電碳納米管的吸波涂層中，碳納米管作為偶極子在電磁場的作用下，會產(chǎn)生耗散電流，在周圍基體作用磁場的作用下，會產(chǎn)生耗散電流，在周圍基體作用下，耗散電流被衰減，從而電磁波能量轉換為其它下，耗散電流被衰減，從而電磁波能量轉換為其它形式的能量，主要為熱能。形式的能量，主要為熱能。 （6）光學性能）光學性能 碳納米管具有卓越的發(fā)光性質，特別是碳納米管具有卓越的發(fā)光性質，特別是穩(wěn)定的發(fā)射光譜，很高的發(fā)光強度以及優(yōu)秀的波長轉穩(wěn)定的發(fā)射光譜，很高的發(fā)光強度以及優(yōu)秀的波長轉換功能換功能，電致發(fā)光方面低壓、節(jié)能、穩(wěn)定等優(yōu)點使得，電致發(fā)光方面低壓、節(jié)能、穩(wěn)定等優(yōu)點使得它具有廣闊的應用前景。

38、它具有廣闊的應用前景。 2004年，年，Wei等發(fā)表了關于碳納米管可以作為燈絲的初等發(fā)表了關于碳納米管可以作為燈絲的初步研究成果，提出了碳納米管電燈泡的概念。該項成步研究成果，提出了碳納米管電燈泡的概念。該項成果得到世界著名刊物果得到世界著名刊物Science和和Nature的高度評價。的高度評價。 Dickey等用化學氣相沉積等用化學氣相沉積(CVD)法將釕摻入碳納米法將釕摻入碳納米管中制備了管中制備了Ru摻雜的碳納米管陣列，該碳納米管在可摻雜的碳納米管陣列，該碳納米管在可見光區(qū)有熒光發(fā)射呈現(xiàn)綠色。見光區(qū)有熒光發(fā)射呈現(xiàn)綠色。 Sun等通過等通過把銪摻入碳納米管中，使其熒光峰略把銪摻入碳納米管

39、中，使其熒光峰略向長波方向移動，為碳納米管在光電子器件方面的應向長波方向移動，為碳納米管在光電子器件方面的應用提供了可能。用提供了可能。 碳納米管還具有良好的光限幅性質，可以作為一種碳納米管還具有良好的光限幅性質，可以作為一種新型的激光防護材料。新型的激光防護材料。（7）熱學性能）熱學性能 研究人員最近發(fā)現(xiàn)碳納米管是目研究人員最近發(fā)現(xiàn)碳納米管是目前世界上最好的導熱材料。碳納米管依靠前世界上最好的導熱材料。碳納米管依靠超聲超聲波波傳遞熱能，其傳遞速度可達傳遞熱能，其傳遞速度可達每秒每秒 1 萬米萬米。同。同時發(fā)現(xiàn)時發(fā)現(xiàn)的還有，即使將碳納米管捆在一起，熱的還有，即使將碳納米管捆在一起，熱量也不會從

40、一個碳納米管傳到另一個碳納米管，量也不會從一個碳納米管傳到另一個碳納米管，這說明碳納米管這說明碳納米管只能沿一維方向傳遞熱能只能沿一維方向傳遞熱能。 碳納米管的這種優(yōu)異的導熱性能，將使它碳納米管的這種優(yōu)異的導熱性能，將使它有望成為今后超高速運算的有望成為今后超高速運算的計算機芯片導熱板計算機芯片導熱板，也可以用于發(fā)動機和火箭等各種高溫部件的也可以用于發(fā)動機和火箭等各種高溫部件的防防護材料護材料。原因原因：碳納米管的熱學性能不僅與組成它的：碳納米管的熱學性能不僅與組成它的石石墨片本質墨片本質有關，而且與其有關，而且與其獨特的結構和尺寸獨特的結構和尺寸有有關。石墨的內(nèi)平面熱傳導率僅次于一定形式的關

41、。石墨的內(nèi)平面熱傳導率僅次于一定形式的摻雜金剛石。碳納米管反映了石墨的內(nèi)平面特摻雜金剛石。碳納米管反映了石墨的內(nèi)平面特性，故而它的熱傳導率非常高。性，故而它的熱傳導率非常高。 單獨一根多壁碳納米管單獨一根多壁碳納米管的室溫熱導率預計的室溫熱導率預計達達3000W/mK，單獨一根單壁碳納米管室溫，單獨一根單壁碳納米管室溫熱導率達熱導率達6000W/mK，而單壁碳納米管束的，而單壁碳納米管束的室溫熱導率大于室溫熱導率大于200W/mK63 。（8）化學性能）化學性能 在催化研究方面，碳納米管已被用于在催化研究方面，碳納米管已被用于分散和穩(wěn)定納米級的金屬小顆粒。由碳納米管制得分散和穩(wěn)定納米級的金屬小

42、顆粒。由碳納米管制得的催化劑可以改善多相催化的選擇性。的催化劑可以改善多相催化的選擇性。Louv曾報道曾報道了直接用碳納米管做催化劑分解了直接用碳納米管做催化劑分解 NO，在，在 873K有有 100 %的轉換率。的轉換率。 用作合成用作合成模板模板：碳納米管的直徑處于納米級，長度：碳納米管的直徑處于納米級，長度則可達數(shù)微米至數(shù)毫米，因而具有很大的長徑比，則可達數(shù)微米至數(shù)毫米，因而具有很大的長徑比，是準一維的量子線。利用這種一維中空的結構作模是準一維的量子線。利用這種一維中空的結構作模板，對其進行填充、包裹和空間限制反應可合成其板，對其進行填充、包裹和空間限制反應可合成其他一維納米結構的材料。

43、有人利用碳納米管的管狀他一維納米結構的材料。有人利用碳納米管的管狀腔進行管道有機合成，預言在有機合成、腔進行管道有機合成，預言在有機合成、 生物化學生物化學以及制藥化學領域有重要意義。以及制藥化學領域有重要意義。5 碳納米管的相關應用碳納米管的相關應用 美國和巴西科學家的一項最新美國和巴西科學家的一項最新研究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到研究，發(fā)現(xiàn)了碳納米管薄層在受到拉伸或壓縮時，可以表現(xiàn)出一種超拉伸或壓縮時，可以表現(xiàn)出一種超乎想象的力學性質。這一成果有望乎想象的力學性質。這一成果有望為碳納米管帶來巨大的應用前景，為碳納米管帶來巨大的應用前景，比如制造比如制造人工肌肉、傳感器人工肌肉、傳感器等。等

44、。 大多數(shù)材料在朝一個方向拉伸大多數(shù)材料在朝一個方向拉伸時，另一個方向就會變細變窄。這時，另一個方向就會變細變窄。這種現(xiàn)象可以用泊松比種現(xiàn)象可以用泊松比(側向收縮比例側向收縮比例與實際伸長比例的比值與實際伸長比例的比值)來定量描述。來定量描述。然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的然而，最新研究發(fā)現(xiàn)，一種特殊的碳納米管薄層碳納米管薄層(也稱也稱巴克紙巴克紙)卻能夠卻能夠在拉伸和均勻壓縮時，長度和寬度在拉伸和均勻壓縮時，長度和寬度同時增加。也就是說這種材料具有同時增加。也就是說這種材料具有負的泊松比。負的泊松比。 巴克紙中的多巴克紙中的多壁碳納米管在壁碳納米管在原子力顯微鏡原子力顯微鏡下的圖像下的圖像

45、碳納米管薄層碳納米管薄層具有獨特力學性質具有獨特力學性質n研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著多壁碳管在薄層中的增加，研究人員發(fā)現(xiàn)，隨著多壁碳管在薄層中的增加，薄層的泊松比會薄層的泊松比會從從0.06突然躍變?yōu)橥蝗卉S變?yōu)?0.20。n新的研究成果具有重要的應用價值，比如設計新的研究成果具有重要的應用價值，比如設計源自碳納米薄層的復合物，制造人工肌肉、墊源自碳納米薄層的復合物，制造人工肌肉、墊圈、壓力傳感器和化學傳感器等。尤其是當調圈、壓力傳感器和化學傳感器等。尤其是當調整單壁和多壁碳管比例，令泊松比恰好為整單壁和多壁碳管比例，令泊松比恰好為0時，時，這種材料對于設計彎曲時寬度依然不變的感應這種材料對于設計彎曲時

46、寬度依然不變的感應懸臂十分有效。懸臂十分有效。比人體肌肉強比人體肌肉強30倍碳納米管人造肌肉倍碳納米管人造肌肉 這種人造肌肉纖維由這種人造肌肉纖維由“成捆成捆”的碳納米管組成，在電的碳納米管組成，在電流的刺激下即可在流的刺激下即可在水平方向水平方向上快速伸縮。而在上快速伸縮。而在垂直方向垂直方向上，上，它卻極為堅韌。它在單位面積上能夠產(chǎn)生的拉力是人體肌它卻極為堅韌。它在單位面積上能夠產(chǎn)生的拉力是人體肌肉的肉的30倍，伸縮速度也要快得多。人體肌肉纖維每秒鐘可倍，伸縮速度也要快得多。人體肌肉纖維每秒鐘可收縮收縮10%，而這種人造肌肉則可收縮，而這種人造肌肉則可收縮40000%。當被大幅。當被大幅度

47、拉伸之后，它甚至輕的可以度拉伸之后，它甚至輕的可以在空氣中漂浮起來。在空氣中漂浮起來。碳納米管碳納米管“蜘蛛衣蜘蛛衣” 一教授計劃用一種名為碳一教授計劃用一種名為碳納米管的超細纖維來制造納米管的超細纖維來制造“蜘蛛衣蜘蛛衣”，這種材料內(nèi)，這種材料內(nèi)部中空。由于非常微小，部中空。由于非常微小，它具有像壁虎剛毛一樣的它具有像壁虎剛毛一樣的吸附效果。壁虎、蜘蛛的吸附效果。壁虎、蜘蛛的腳上長滿了細小的剛毛，腳上長滿了細小的剛毛，能敏銳地尋找到各種固體能敏銳地尋找到各種固體表面的細微凹凸并吸附在表面的細微凹凸并吸附在上面。上面。 壁虎抵抗重力的能力來自于足底的剛毛結構 蜘蛛衣蜘蛛衣”的吸附力取決于與固體

48、表面的吸附力取決于與固體表面接觸處的碳納米管數(shù)量。這種材料的接觸處的碳納米管數(shù)量。這種材料的外部直徑只有幾到幾十納米，相當于外部直徑只有幾到幾十納米，相當于頭頭發(fā)絲的發(fā)絲的1/10萬，因此一片手掌大小的萬，因此一片手掌大小的纖維中可容納數(shù)十億的碳納米管，由纖維中可容納數(shù)十億的碳納米管，由此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的此產(chǎn)生的單位面積吸附力是壁虎腳的200倍。倍。把一雙用這種材料制成、手掌把一雙用這種材料制成、手掌面積為面積為200平方厘米的高粘力手套粘在平方厘米的高粘力手套粘在屋頂上，可以同時吊起屋頂上，可以同時吊起14個重量為個重量為83公斤的壯漢。公斤的壯漢。當然，要移動也很簡單，當然，

49、要移動也很簡單，只要沿著表面稍微上下左右挪動一下，只要沿著表面稍微上下左右挪動一下，粘結處就會一點點斷開。粘結處就會一點點斷開。 這種高科技材料在科學方面有非這種高科技材料在科學方面有非常有趣的應用，像常有趣的應用，像在太空中，艙外作在太空中，艙外作業(yè)的宇航員就可以穿上這種具有吸盤業(yè)的宇航員就可以穿上這種具有吸盤粘附功能的衣服。粘附功能的衣服。 據(jù)估計，世界第一據(jù)估計，世界第一套套“蜘蛛衣蜘蛛衣”有望在有望在2017年前問世。年前問世。高性能超長碳納米管材料高性能超長碳納米管材料 強度超過鋼強度超過鋼 n美國一家公司研制出了一種美國一家公司研制出了一種用碳納米管制成的輕用碳納米管制成的輕薄材料

50、，其強度超過鋼，傳導性能接近鋁。使用薄材料，其強度超過鋼，傳導性能接近鋁。使用這種材料能夠制作這種材料能夠制作輕便防彈衣輕便防彈衣和和高導線纜高導線纜。n這種納米管比平常的納米管長得多，長度要以毫這種納米管比平常的納米管長得多，長度要以毫米計，而不是以微米計。此外，納米管加長后可米計，而不是以微米計。此外，納米管加長后可以更有效地黏合。以更有效地黏合。 n這一制作過程使用了化學氣相沉積技術。這一制作過程使用了化學氣相沉積技術。在化學在化學氣相沉積過程中，碳從一種氣體中被壓縮出來。氣相沉積過程中，碳從一種氣體中被壓縮出來。由此做成的納米管就像一種拆開的墊子，必須經(jīng)由此做成的納米管就像一種拆開的墊

51、子，必須經(jīng)過化學處理，使納米管定向排列，從而導致這種過化學處理，使納米管定向排列，從而導致這種材料在排列方向上的強度特別大。材料在排列方向上的強度特別大。 n因納米碳管既輕又強度極高，是鋼的因納米碳管既輕又強度極高，是鋼的10-100倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成倍，用它來作防彈衣就像用羽絨做成的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵的防寒服一樣，既可折來疊去，又能抵御強大的子彈的沖擊力。御強大的子彈的沖擊力。碳納米管被單碳納米管被單英國新漢普郡的一個技術公司設法制造出了英國新漢普郡的一個技術公司設法制造出了世界最大世界最大的碳納米管被單的碳納米管被單，重新點燃人們思索很久的太空電梯，重新點燃人們

52、思索很久的太空電梯的夢想，的夢想，或許有一天我們會沿著超輕超強的碳納米管或許有一天我們會沿著超輕超強的碳納米管電纜，搭乘太空電梯上太空觀光旅行。電纜，搭乘太空電梯上太空觀光旅行。n此碳納米管被單面積僅此碳納米管被單面積僅18平方英尺（約平方英尺（約1.6平平方米），不足以充當一床沙灘毯子，但它包含方米），不足以充當一床沙灘毯子，但它包含有數(shù)百億個納米管，使其強度為鋼的有數(shù)百億個納米管，使其強度為鋼的200倍，倍，但密度小但密度小30倍。倍。n而且，而且，其防火和導電性能很好，因此還可以用其防火和導電性能很好，因此還可以用于微型電子裝置中于微型電子裝置中。n他們生產(chǎn)的納米管有幾毫米長。此被單是特

53、意他們生產(chǎn)的納米管有幾毫米長。此被單是特意制成的，能保證不脫落碳黑點。制成的，能保證不脫落碳黑點。n此納米管的最可能應用是此納米管的最可能應用是生產(chǎn)超輕型合成涂料，生產(chǎn)超輕型合成涂料，用于飛機或太空船上。用于飛機或太空船上。碳納米管超靈敏探測器碳納米管超靈敏探測器 可用于細胞可用于細胞 在受到壓力時，細胞會吐出一股含有微量氮氧化物和其他有毒物質的氣流。最近，美國國家標準與技術研究院（NIST）的研究人員成功制作了一種超靈敏氣體探測器，超靈敏氣體探測器，該探測器甚至靈敏到未來也該探測器甚至靈敏到未來也許能探測到一個單細胞的微許能探測到一個單細胞的微量排放，量排放，這為確定藥物或納米粒子是否會損害

54、細胞或研究細胞間如何相互通信提供了一條新途徑。碳納米管造碳納米管造 世界最黑物質世界最黑物質 世界上最黑的物質一直以來是世界上最黑的物質一直以來是一種鎳磷合金一種鎳磷合金。但是日前，。但是日前，美國科學家宣布他們已經(jīng)刷新記錄，制造出了美國科學家宣布他們已經(jīng)刷新記錄，制造出了地球上最黑的物質，地球上最黑的物質，比鎳磷合金還要黑上三倍，能夠吸收比鎳磷合金還要黑上三倍，能夠吸收99.9%的光線。的光線。美國標準與技術研究院將一種碳物質作為現(xiàn)行的黑色標準，美國標準與技術研究院將一種碳物質作為現(xiàn)行的黑色標準，但此物質比其還要黑上三十倍。這正是是科學家們長久以來苦苦但此物質比其還要黑上三十倍。這正是是科學

55、家們長久以來苦苦尋找的理想黑色，它可以吸收所有的色光但是不反射。此物質的尋找的理想黑色，它可以吸收所有的色光但是不反射。此物質的反射指數(shù)是反射指數(shù)是0.045，相比之下，我們一般使用的黑漆的反射指，相比之下，我們一般使用的黑漆的反射指數(shù)則是數(shù)則是5到到10。 此物質可用于轉換太陽能，也可用于紅外線檢測或天文觀此物質可用于轉換太陽能，也可用于紅外線檢測或天文觀測。測。該物質該物質主要由比頭發(fā)還要主要由比頭發(fā)還要細上細上400倍的碳納米管組倍的碳納米管組成，從而幫助其吸收光線。成，從而幫助其吸收光線。目前，研究者們正將研究目前，研究者們正將研究范圍擴大到可見光之外，范圍擴大到可見光之外，探測此物質

56、對于紫外線以探測此物質對于紫外線以及其他在通訊系統(tǒng)中的不及其他在通訊系統(tǒng)中的不同波長的光的作用。如果同波長的光的作用。如果研究結果有突破，研究結果有突破，將在軍將在軍事和國防中得到重大利用。事和國防中得到重大利用。 物質主要由碳納米管組成物質主要由碳納米管組成柔性碳納米管柔性碳納米管“揚聲器揚聲器” n中國科學家最新研中國科學家最新研究發(fā)現(xiàn)，碳納米管究發(fā)現(xiàn)，碳納米管薄膜在有音頻電流薄膜在有音頻電流通過時，會具有類通過時，會具有類似似“揚聲器揚聲器”的功的功能。能。n這些這些“揚聲器揚聲器”的的厚度只有幾十納米，厚度只有幾十納米，而且是透明、柔軟而且是透明、柔軟和可伸長的，它們和可伸長的，它們可

57、以被裁剪為任意可以被裁剪為任意形狀和大小。形狀和大小。 n與人們常見的揚聲器不同，新開發(fā)出的納米器件沒與人們常見的揚聲器不同，新開發(fā)出的納米器件沒有磁體或者可移動的部件。有磁體或者可移動的部件。n 制備該器件的過程如下制備該器件的過程如下：首先在：首先在4英寸的硅基英寸的硅基上生長直徑上生長直徑10納米的碳納米管，然后將它們轉化成納米的碳納米管，然后將它們轉化成寬寬10厘米長厘米長60米的連續(xù)的薄膜，這足以制造米的連續(xù)的薄膜，這足以制造500個個面積為面積為10平方厘米的平方厘米的“揚聲器揚聲器”。隨后，研究人員。隨后，研究人員又將兩個電極附在薄膜上。如此一來，又將兩個電極附在薄膜上。如此一來

58、，只要在其上只要在其上簡單地施加一個正弦電壓，碳納米管簡單地施加一個正弦電壓，碳納米管“揚聲器揚聲器”就就會由于熱聲效應而發(fā)出聲音。會由于熱聲效應而發(fā)出聲音。 該納米該納米揚聲器揚聲器有望打開制造揚聲器和其他有望打開制造揚聲器和其他聲學設備的新應用和新方法聲學設備的新應用和新方法，它可以安置在任何表，它可以安置在任何表面，包括墻壁、天花板、窗戶、旗幟和衣服等。面，包括墻壁、天花板、窗戶、旗幟和衣服等。碳納米管可提高油田產(chǎn)量碳納米管可提高油田產(chǎn)量 n日本信州大學的科學家開發(fā)日本信州大學的科學家開發(fā)出出在石油工業(yè)中使用碳納米在石油工業(yè)中使用碳納米管來提高油田產(chǎn)量的技術，管來提高油田產(chǎn)量的技術，有望

59、實現(xiàn)產(chǎn)量大幅度提高。有望實現(xiàn)產(chǎn)量大幅度提高。n在鉆井系統(tǒng)中使用碳納米管在鉆井系統(tǒng)中使用碳納米管可以開采到蘊藏在更深處的可以開采到蘊藏在更深處的石油，石油，將油井的產(chǎn)量提高將油井的產(chǎn)量提高35%到到70%。 n高溫和高壓是影響油田產(chǎn)量高溫和高壓是影響油田產(chǎn)量的主要障礙，在石油開采過的主要障礙，在石油開采過程中，程中，在鉆探桿中使用碳納在鉆探桿中使用碳納米管能夠使鉆井工具承受米管能夠使鉆井工具承受260攝氏度的高溫和每平方攝氏度的高溫和每平方厘米厘米2.4噸的壓力。噸的壓力。裝備有納米管的超微吸管裝備有納米管的超微吸管n日本一個研究小組開發(fā)出一種裝備有機納米管日本一個研究小組開發(fā)出一種裝備有機納米

60、管的超微吸管，的超微吸管，能噴出萬億分之一毫升的液體。能噴出萬億分之一毫升的液體。 n該發(fā)明該發(fā)明可望應用于醫(yī)療和生物領域，比如向單可望應用于醫(yī)療和生物領域，比如向單個細胞內(nèi)注入極其微量的物質或吸取細胞成分個細胞內(nèi)注入極其微量的物質或吸取細胞成分等。等。 n有機納米管由碳、氧、氮和氫分子構成，內(nèi)徑有機納米管由碳、氧、氮和氫分子構成，內(nèi)徑50納米，長納米，長10微米。它可以裝在內(nèi)徑微米。它可以裝在內(nèi)徑1800納米納米的玻璃微吸管尖端上，組成一個超微吸管。的玻璃微吸管尖端上，組成一個超微吸管。n通過施加電壓，吸管內(nèi)的液體就會噴射出來，通過施加電壓，吸管內(nèi)的液體就會噴射出來，噴射量可通過調整電壓控制