碳納米管是由石墨碳原子結晶而成的無縫、空心棒狀納米碳材料。 它可以看作是由石墨烯層卷起的半徑僅為幾納米的微管。 管的一端或兩端由富勒烯半球覆蓋。 根據碳納米管中碳原子的層數，碳納米管分為單壁碳納米管（）和多壁碳納米管（）。 單壁碳納米管由單層石墨卷制而成，內徑1-6Na，長徑比高。 它們是結構完美的單分子材料。 多壁碳納米管可以看作是由多個不同半徑的單壁碳納米管同軸套接而成，層寬為0.34Na。

主要表現

優異的熱性能

由于碳納米管的結構與高分子材料相似，但碳納米管的結構更加穩定，并具有超高的長徑比，因此碳納米管具有超高的伸長硬度和良好的柔韌性和彈性。 碳納米管的伸長率和硬度是鋼的100倍，彈性撓度是鋼的5倍，密度僅為鋼的1/6。 碳納米管被壓碎后，除去壓力，它可以像彈簧一樣立即恢復到原來的形狀。

良好的導電性

由于碳納米管的結構與石墨的片狀結構相同，因此具有良好的熱性能，并且隨著碳納米管內徑的減小，表現出更好的導電性，最高可達濁度的一部分金屬銅的比率。 一萬次。 據說，當內徑大于6Na時，碳納米管可視為量子線； 當內徑大于0.7Na時，碳納米管在高溫條件下具有超導性能。

良好的傳質性能

由于碳納米管具有超高的長徑比，沿其厚度方向具有較高的熱交換性能，但沿其徑向的熱交換性能較低，因此利用碳納米管可以合成各向異性導熱材料。 。 據悉，碳納米管具有很高的導熱系數，只要將少量碳納米管混入其他材料中，就可以大大增強復合材料的導熱系數。

優異的光學性能

碳納米管具有光學偏振、光學各向異性、電致發光以及對紅外輻射異常敏感等特性。

良好的電磁性能

碳納米管的尖端具有納米級的曲率，只需相對較低的電流即可發射大量電子，表現出良好的場致發射特性。

其他屬性

碳納米管還具有熔點高（據說是已知材料中熔點最高）、吸附能力強、催化催化性能強、寬帶微波吸收能力強等優點。

主要應用

1、用于制備碳納米合成材料，如高硬度復合材料、導電塑料、電磁干擾屏蔽材料、隱形材料、暗室吸波材料等。 2、用于制造電物理元件，如掃描探頭的探頭顯微鏡、室溫探測器、燃料板、電極、生物傳感器等。 3.用于制作場發射顯示器件。 4.用于制造碳納米管場效應晶體管。 5、用于制造超級電容器，碳納米管超級電容器是已知容量最大的電容器。 6、用于制作信息寫入和輸出探針，實現超高密度存儲。 7、用作催化劑或吸附劑。 8、用于制造超大型散熱器。 9、用于制造納米同軸電纜、電子開關、高速光電傳感器等。

制備方法

圓弧法

電弧法是最早制備碳納米管的方法，也是制備單壁碳納米管最重要的方法。 其制備過程為：在真空容器中充入惰性氣體或二氧化碳，以摻有催化劑的石墨作為電極。 當電弧產生時，從陽極蒸發的石墨沉積在陰極石墨上，生成碳納米管。 電弧法特點是簡單、快速，制備的碳納米管筆直、結晶度高，但產值不高，且低溫時摻雜非晶碳雜質造成缺陷。

激光蒸發

激光蒸發法主要生產單壁碳納米粒子。 制備過程如下：將與金屬催化劑混合的石墨靶材放入密閉的長石英管中，將石英管放入加熱爐中，當爐溫升至1℃時，向管內充入惰性二氧化碳，進行輻照。用激光將石墨靶材制成氣態碳和催化劑顆粒，由氣流攜帶從低溫區到高溫區，在共同作用下生長成單壁碳納米管。 由于產值低、設備高等激勵因素，該方法尚未得到推廣應用。

催化熱解

催化熱解法又稱物理液相沉積法，包括晶界法和底棲法。 碳化物法的過程是：將催化劑附著在石墨或陶瓷碳化物上，低溫通入的含碳二氧化碳在催化劑顆粒上分解生長碳納米管。 底棲法的工藝過程如下：首先將催化劑加熱，使其成為氣態，然后與碳氫化合物二氧化碳一起引入反應室，在不同溫度區分解，分解后的催化劑原子逐漸聚集成納米顆粒，底棲二氧化碳沉積在反應室中。 在空間中，碳氫化合物二氧化碳分解的碳原子逐漸沉淀在催化劑納米顆粒的表面并形成碳納米管。 這些方法反應室溫低、易于控制、產值高、產物含量高、成本低、適用性強，目前得到廣泛應用。

其他制備方法

前景

碳納米管作為最具開發價值的納米材料之一，自被發現以來就引起了各國專家的關注。 經過20多年的探索和實踐，碳納米管已經進入大規模生產和使用階段。 近五年來，碳納米管產業保持快速發展。 據業內專業人士介紹，2016年我國碳納米管產值增速達到80%左右。 2017年，大量企業正在布局或拓展碳納米管產業。 我們相信，隨著碳納米管的不斷探索和智能制造的快速發展，碳納米管必將發揮更加重要的作用，并將繼續保持快速發展。

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