1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm 到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管的结构
1、按形态分：
普通封口型 变径型 洋葱型
海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型 其他异型
2、碳纳米管依其手性可 以分为两种类型：扶手 椅式纳米管，锯齿形纳 米管。
单壁碳纳米管 直径为1-6 nm
多壁碳纳米管 直径nm →μm
纳米管结构的表征
扫描隧道显微镜 X射线衍射 孔结构及比表面积 电子衍射 拉曼光谱
碳纳米管的 原始状态： 团聚状态， 束状
有机DMF（N， N-二甲基甲 酰胺）中超 声分散后碳 纳米管的SEM （左）与TEM
（右）
碳纳米管的性能
碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美， 具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米 管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出 来。 1、力学性能 碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以 拉伸。 美国宾州州立大学的研究人员称，碳纳米管的强度比同体积 钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因 而被称“超级纤维”。
碳纳米管的生产方法
1、电弧放电法 基本原理：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容 器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到 4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产 物 米有 管富 。勒通烯过（控制C60催）化、剂无和定容型器碳中和的单氢壁气或含多量壁，的可碳以纳调 节几种产物的相对产量。 优点：使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单 缺 很点 难： 得1到.纯生度成较的高碳的纳碳米纳管米与管C60，等并产且物得混到杂的在往一往起都，是 多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层 的碳纳米管。2.该方法反应消耗能量太大。
金刚石，C60，石墨，（10，10）型纳米碳管
碳纳米管的发现
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子 显微镜专家Iijima发现了多壁碳纳米管 （MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs）， 直径为4-30nm，长度为1um。，最初称之为 “Graphite tubular”。
电弧放电法
理想的工艺条件： 氦气为载气 气压 60—50Pa 电流60A～100A 电压19V～25 V 电极间距1 mm～4mm 产率50％ Iijima等生产出了半径约1 nm的 单层碳管
电弧法是制备单层碳纳米管最常用的办法之一。
制备纳米碳管的其它方法：
• 等离子体喷射沉积法 • 凝聚相电解生成法 • 化学气相沉积法 • 激光蒸发法 • 有机物催化热解法
碳纳米管合成及其应用
主要内容:
1、碳纳米管的背景介绍 2、碳纳米管的发现 3、碳纳米管结构 4、碳纳米管的独特性能 5、碳纳米管的制备 6、应用前景
碳纳米管的背景介绍
“贵比黄金，细赛人发”的碳纳米管 (carbon nanotube 简写为CNT)是由石 墨中一层或若干层碳原子卷曲而成的笼 状“纤维” 。管身由六边形碳环微结 构单元组成 ，端帽部分由含五边形碳 环组成的多边形结构 ，是一种纳米级 的一维量子材料。由于它们的直径基本 都在纳米尺度，所以称其为纳米碳管。
锂离子电池
麻省理工大科学家发现，在电池一端电 极使用含碳纳米管可以比现在的锂电池 蓄存更多的电力 。这种电池在充电效 率及蓄电能力远比目前最高端的锂电池 更优良。科新研发的含碳纳米管电池进 行1000次充放电实验。结果在经历1000 次充放电后，含碳纳米管电池内的物质 属性变化极微，电池蓄电力丝毫未见减 少。
2、导电性能 碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的
片层结构相同，所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取 决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时，导电性能 下降；当管径小于6nm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的一 维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管 具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳 纳米管在超导领域的应用前景。 3、传热性能
碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比， 因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交 换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热 传导材料。
另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微 量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善
碳纳米管的应用前景
• 1、 超级电容器 碳纳米管比表面积大、结晶度高、
导电性好，微孔大小可通过合成工 艺加以控制，是一种理想的电双层 电容器电极材料。由于碳纳米管具 有开放的多孔结构，并能在与电解 质的交界面形成双电层，从而聚集 大量电荷，功率密度可达8000W/kg。 碳纳米管超级电容器是已知的最大 容量的电容器。
3、 电磁干扰屏蔽材料及隐形材料
碳纳米管是一种有前途的理想微波吸收剂,可用于隐形材 料、电磁屏蔽材料或暗室吸波材料。
碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用的主要原因有两点：
一方面由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳 米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多,这就大 大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射信 号变得很微弱,从而达到隐身的作用;另一方面,纳米微粒材 料的比表面积比常规粗粉大3～4个数量级,对红外光和电磁 波的吸收率也比常规材料大得多,这就使得红外探测器及雷 达得到的反射信号强度大大降低,因此很难发现被探测目标, 起到了隐身作用。由于发射到该材料表面的电磁波被吸收, 不产生反射,因此而达到隐形效果。
扶手椅式纳米管 锯齿形纳米管
3、碳纳米管按照石墨烯片的层数分类
碳纳米管按照石墨烯片的层数分类可分为：单壁碳纳米管（Singlewalled nanotubes, SWNTs）和多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs），与多壁管相比，单壁管是由单层圆柱型石墨 层构成，其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致 性。