淺談單壁碳納米管與多壁碳納米管的差異

　　碳納米管作為最重要的納米材料之一，其研究越來越得到人們的高度重視，以下是小編搜集整理的一篇探究單壁碳納米管與多壁碳納米管差異的論文范文，供大家閱讀參考。

　　摘要：碳納米管作為最重要的納米材料之一，其研究越來越得到人們的重視。文章主要綜述了單壁碳納米管和多壁碳納米管的差異。

　　關(guān)鍵詞：單壁碳納米管;多壁碳納米管;差異

　　碳納米管是一維納米材料，可稱為納米材料之王，重量輕，六邊形結(jié)構(gòu)連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。碳納米材料在納米材料技術(shù)開發(fā)中舉足輕重，它將影響到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，是國際上研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)。

　　碳納米管按照石墨烯片的層數(shù)簡單分類為：單壁碳納米管和多壁碳納米管。此外二者還有其他差異，現(xiàn)綜述如下：

　　1發(fā)現(xiàn)時(shí)間

　　單壁碳納米管：1993年S.Iijima[1]等和DS.Bethune等同時(shí)報(bào)道了采用電弧法，在石墨電極中添加一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層管壁的碳納米管，即單壁碳納米管產(chǎn)物。

　　多壁碳納米管：1991年日本NEC公司基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室的電子顯微鏡專家Iijima[2]在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗(yàn)石墨電弧設(shè)備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，現(xiàn)在被稱做的“Carbon nanotube”，即碳納米管，又名巴基管。Iijima發(fā)現(xiàn)的碳納米管最小層數(shù)為2，含有一層以上石墨片層的則稱為多壁碳納米管。

　　2結(jié)構(gòu)

　　單壁碳納米管：由單層圓柱型石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小、缺陷少，具有較高的均勻一致性。SWCNTs的直徑一般在1～6 nm，目前觀察到的SWCNT的最小直徑約為0.33 nm，并已能合成直徑0.4 nm的SWCNTs陣列，直徑達(dá)6 nm的SWCNTs也已有報(bào)道。一般認(rèn)為，SWCNT的直徑大于6 nm以后特別不穩(wěn)定，容易發(fā)生SWCNT管的塌陷。而單壁碳納米管的長度則可達(dá)幾百納米到幾十微米。單壁碳納米管的單層結(jié)構(gòu)顯示出螺旋特征，根據(jù)構(gòu)成碳納米管的石墨層片的螺旋性，可以將單壁碳納米管分為非手性(對(duì)稱)和手性(不對(duì)稱)。

　　多壁碳納米管：多壁管在開始形成的時(shí)候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿小洞樣的缺陷。多壁碳納米管的層間距約為0.34 nm，外徑在幾個(gè)納米到幾百納米，而已發(fā)現(xiàn)的最小內(nèi)徑為0.4 nm。其長度一般在微米量級(jí)，最長者可達(dá)數(shù)毫米。

　　3工藝制備

　　單壁碳納米管：激光蒸發(fā)法是制備單壁碳納米管的一種有效方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸發(fā)摻有Fe、Co、Ni或其合金的'碳靶制備單壁碳納米管和單壁碳納米管束，管徑可由激光脈沖來控制。Iijima等發(fā)現(xiàn)激光脈沖間隔時(shí)間越短，得到的單壁碳納米管產(chǎn)率越高，而單壁碳納米管的結(jié)構(gòu)并不受脈沖間隔時(shí)間的影響。用CO2激光蒸發(fā)法，在室溫下可獲得單壁碳納米管，若采用快速成像技術(shù)和發(fā)射光譜可觀察到氬氣中蒸發(fā)煙流和含碳碎片的形貌，這一技術(shù)使得跟蹤研究單壁碳納米管的生長過程成為可能。激光蒸發(fā)(燒蝕)法的主要缺點(diǎn)是單壁碳納米管的純度較低，易纏結(jié)。

　　多壁碳納米管：化學(xué)氣相沉積法主要用于多壁碳納米管的合成。其基本原理為含有碳源的氣體(或蒸氣)流經(jīng)催化劑表面時(shí)分解，生成碳納米管。常用的碳源氣體有C6H6、C2H2、C2H4等。Yacaman等最早采用25%鐵/石墨顆粒作為催化劑，常壓下700 ℃時(shí)分解9%乙炔/氮?dú)庵频锰技{米管。Amelincks等采用Co為催化劑，乙烯為碳源得到螺旋狀的碳納米管，中國科學(xué)院物理所用化學(xué)氣相沉積法大批量合成了排列整齊的碳納米管，而且端口是打開的。

　　4應(yīng)用及性能(電容)

　　單壁碳納米管：能夠嚴(yán)重破壞大腸桿菌等細(xì)菌的細(xì)胞壁，從而將它殺滅，將有助于解決細(xì)菌抗藥性這一日益突顯的問題。單壁碳納米管其電容量一般為180 F/g，比多壁碳納米管更高。其電容器功率密度可達(dá)20 kW/kg，能量密度可達(dá)7 W・h/kg。

　　多壁碳納米管：沒有相關(guān)的報(bào)道指明可以殺滅細(xì)菌。多壁碳納米管其電容量一般為102 F/g。

　　以上是關(guān)于單壁碳納米管和多壁碳納米管一些差異性的概括，然而二者均具有優(yōu)異的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、熱學(xué)性能、儲(chǔ)氫性能等。

　　碳納米管作為最重要的納米材料之一，其研究越來越得到人們的高度重視，人們相信，碳納米管在工業(yè)領(lǐng)域里大規(guī)模應(yīng)用將在未來幾年中出現(xiàn)，碳納米管的研究也將對(duì)納米技術(shù)的未來產(chǎn)生重大影響。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Iijima S, Nature, 1992, 363: 603～605.

　　[2]Helical microtubules of graphite carbon. Iijima S, Nature, 1991, 354: 56～58.

　　[3]鄒莉.單壁碳納米管及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].昆明冶金高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2004(1)：21～23.

　　[4]顧書英，吳琪琳.碳納米管應(yīng)用研究的現(xiàn)狀和未來[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2002(2)：213～217