碳纳米管(CNT)是由碳原子组成的圆柱形结构,其直径为纳米级,长度从微米到厘米不等。这些材料具有优异的机械强度、导电性和热性能,因此在许多应用中都很有价值。
碳纳米管的化学构成:
1.原子结构:
碳纳米管完全由碳原子构成。纳米管中的每个碳原子都是 sp2 杂化的,这意味着它与其他三个碳原子在一个平面上共价键合,形成一个六边形晶格。这种结构与石墨相似,石墨中的碳原子层呈六角形片状排列。不过,与石墨不同的是,碳纳米管中的碳原子片是卷成无缝圆柱体的。2.碳纳米管的类型:
- 碳纳米管主要有三种类型:
- 单壁碳纳米管(SWCNT): 由单个石墨烯薄片卷成管状组成。
- 多壁碳纳米管(MWCNTs): 由多个相互嵌套的同心石墨烯圆柱体组成。
少壁碳纳米管(FWCNT):
与 MWCNT 类似,但只有几层石墨烯圆柱体。由于石墨烯层的排列和数量不同,每种类型的石墨烯都具有略微不同的特性,从而影响其机械、电气和热特性。
3.合成方法:
碳纳米管通常采用化学气相沉积(CVD)、电弧放电和激光烧蚀等方法合成。化学气相沉积法是最常用的方法之一,碳氢化合物气体在高温下在金属催化剂颗粒上分解,导致纳米管的生长。4.功能化和纯化:
合成后,CNT 通常要经过功能化和纯化过程,以增强其与其他材料的兼容性并去除杂质。功能化是指在纳米管表面附着化学基团,从而改变其特性并改善其在各种基质中的分散性。
5.应用: