碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用

• 作者: 何传新 刘剑洪 卓海涛 吴双泉 张黔玲 朱才镇 李翠华
• 来源期刊: 深圳大学学报（理工版）
• 学科: 化学
• 关键词: 电化学 碳纳米管 碳微米管 石墨烯 量子导线 锂离子电池 超级电容器 储氢材料 化学修饰
• 年，卷（期）: 2013,（1）
• 所属期刊栏目: 材料科学
• 页码范围: 1-11
• 页数: 11页
• 分类号: O613
• 字数: 9270字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3724/SP.J.1249.2013.01001

摘要

评述碳纳米管和碳微米管的结构、性质及其应用,指出碳纳米管可看作是石墨烯片按照一定的角度卷曲而成的纳米级无缝管状物,根据层数不同可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管.由于碳纳米管管壁中的碳原子采用的是sp2杂化,因此碳纳米管沿轴向具有高模量和高强度,可用于增强复合材料的力学性能;而碳纳米管圆筒状弯曲会导致量子限域和σ-π再杂化,这种再杂化结构特点以及π电子离域结构赋予了碳纳米管特异的光、电、磁、热、化学和力学性质;碳纳米管的管腔内部是纳米级中空结构,可作为纳米级分子反应器和存储容器.但碳纳米管的管径尺寸太小、表面缺陷多、团聚严重等问题一直影响着碳纳米管在实际中的应用.而碳微米管的出现弥补了其不足,碳微米管具有与碳纳米管相似的管状结构,在保持纳米级管壁厚度的同时,能拥有微米级的管径,巨大的管壁外表面,相当于一张微米级的石墨烯网状膜,因此碳微米管能同时拥有碳纳米管和石墨烯的独特物理和化学性能.通过对碳微米管各项性能的研究表明,碳微米管的管壁具有规整的石墨烯结构,管腔具有微米级中空管结构,有较高的比表面积,电学和化学性能良好.利用其优良的电学性能,它们能较好地应用在量子导线和晶体管阵列;同时利用其优良的化学和电化学性能,也能广泛用于锂离子电池、超级电容器和储氢材料.