碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa, 是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常 规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维， 在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。
五、碳纳米管的独特性质 2、电学性能
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6mm时，导电性能下降； 当管径小于6mm时，CNTs可以被看成具有良好导电性能的 一维量子导线。
多壁碳纳米管 MWNTs
由一层石墨烯片组成。单壁 管典型的直径和长度分别为 0.75～3nm和1～50μ m。又称 富勒管(Fullerenes tubes)。
含有多层石墨烯片。形状象 个同轴电缆。其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm， 与石墨层间距 (0.34nm)相当。 多壁管的典型直径和长度分 别为2～30nm和0.1～50μm。
二、碳纳米管的结构 海胆型
竹节型
念珠型
纺锤型
螺旋型
其他异型
二、碳纳米管的结构 2、按手性分
锯齿型 zigzag
非手性 achiral
碳 纳 米 管
手性 chiral
其他
扶椅型 armchai
二、碳纳米管的结构 3、按照石墨烯片的层数分
单壁碳纳米管 SWNTs
碳 纳 米 管
六、碳纳米管的应用前景 2、锂离子电池
碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的层间距0.335nm,这有利于 Li+的嵌入与迁出,它特殊的圆筒状构型不仅可使Li+从外壁和内壁两方面嵌 入,又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离而造成负极材料的损坏。碳 纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的导电性,消除极化。 在锂离子电池中加入碳纳米管,也可有效提高电池的储氢能力,从而大 大提高锂离子电池的性能。根据实验,多壁碳纳米管锂电池放电能力达到 385 mA·h/g,单壁管则高达640mA·h/g,而石墨的理论放电极限为372 mA·h/g。
五、碳纳米管的独特性质 4、储氢性能
碳纳米管的中空结构，以及较石墨(0.335nm)略大的 层间距(0.343nm)，是否具有更加优良的储氢性能，也成 为科学家们关注的焦点。 1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的储氢 性能做了研究，SWNT在0℃时,储氢量达到了5%。 DeLuchi指出:一辆燃料机车行驶500km,消耗约31kg 的氢气，以现有的油箱来推算，需要氢气储存的重量和体 积能量密度达到65%和62kg/m3。 这两个结果大大增加了人们对碳纳米管储氢应用前景 的希望。
三、碳纳米管结构的表征
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
四、碳纳米管的生产方法
石墨电弧法
化学气相沉积法（CVD）
激光蒸汽法
燃烧火焰法
四、碳纳米管的生产方法 1、石墨电弧法
基本原理： 电弧室充惰性气体保护，两石 墨棒电极靠近，拉起电弧，再 拉开，以保持电弧稳定。放电 过程中阳极温度相对阴极较高， 所以阳极石墨棒不断被消耗， 同时在石墨阴极上沉积出含有 碳纳米管的产物。 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。
碳纳米管及其应用
主要内容
1. 碳纳米管的发现 2. 碳纳米管的结构 3. 碳纳米管结构的表征 4. 碳纳米管的生产方法 5. 独特性质 6. 应用前景
一、碳纳米管的发现
碳纳米管（CNTs）
1991年，日本科学家饭岛（Iijima）发现，在《Nature》 发表文章《Helical microtubules of graphitic carbon》公布了他的 发现成果，这是碳的又一同素异型体。
六、碳纳米管的应用前景 4、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。
四、碳纳米管的生产方法 2、化学气相沉积法
化学气相沉积法又名催化裂解法，其原理是通过烃类(如甲烷、 乙烯、烯和苯等)或含碳氧化物(如CO)在催化剂的催化下裂 解而成。 化学气相沉积法主要用于多壁碳纳米管的制备,适合于多壁碳 纳米管的批量化加工。化学气相沉积法的特点是操作简单, 工 艺参数更易控制、易于进行大规模生产, 且产率高。目前，此 法具备了工业化的条件。
六、碳纳米管的应用前景 3、碳纳米管复合材料
基于纳米碳管的优良力学性能可将其作为结构复合材料的 增强剂。研究表明，环氧树脂和纳米碳管之间可形成数百MPa 的界面强度。 除做结构复合材料的增强剂外，纳米碳管还可做为功能增 强剂填充到聚合物中，提高其导电性、散热能力等如：在共轭 发光聚合物中添加纳米碳管后，不但其导电率大大提高，强度 也得到了改善。同时，由于纳米碳管在纳米尺度散热，避免了 局部形成的热积累，可防止共轭聚合物中链的断裂，从而抑制 聚合物的光褪色作用。
产生碳纳米管或碳纳米纤维的过程主要决定于基板的性质。 基板的选择和处理、燃料的选择等是本方法的关键技术。
优点有：合成过程无需真空、保护气氛；无需催化剂；可以 在大的表面上合成，特别适合于在一个平面上形成一层均匀的碳 纳米管或碳纳米纤维薄膜； 成本较低，对环境的污染也非常小。 可以实现大批量合成。
五、碳纳米管的独特性质 1、力学性能
四、碳纳米管的生产方法 4、燃烧火焰法
利用液体（乙醇、甲醇等）、气体（乙炔、乙烯、甲烷等） 和固体（煤炭、木炭）等产生火焰分解其碳-氢化合物获得游历 碳原子，为合成碳纳米管提供碳源；然后将基板材料做适当处 理，最后将基板的一面向下，面向火焰放入火焰中，燃烧一段 时间后取出。基板上的棕褐（黑）色既是碳纳米管或碳纳米纤 维。
六、碳纳米管的应用前景
碳纳米管可能的利用领域
引自：曹风雷, 纳米管材料的化学修饰及其导电性质的理论研究, 2010, 中山大学.
六、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。
五、碳纳米管的独特性质 3、热学性能
一维管具有非常大的长径比，因而大量热是沿着长度方向 传递的，通过合适的取向，这种管子可以合成高各向异性材料。 虽然在管轴平行方向的热交换性能很高，但在其垂直方向的热 交换性能较低。纳米管的横向尺寸比多数在室温至150℃电介 质的品格振动波长大一个量级，这使得弥散的纳米管在散布声 子界面的形成中是有效的，同时降低了导热性能。适当排列碳 纳米管可得到非常高的各向异性热传导材料。
六、碳纳米管的应用前景 5、催化剂载体
纳米材料比表面积大,表面原子比率大(约占总原子数的 50%),使体系的电子结构和晶体结构明显改变,表现出特殊的电 子效应和表面效应。如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常 规催化剂颗粒 的上千倍,担载催化剂后极大提高催化剂的活性 和选择性。
碳纳米管作为纳米材料家族的新成员,其特殊的结构和表 面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性,使其在加氢、 脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。碳纳米管一旦 在催化上获得应用,可望极大提高反应的活性和选择性,产生巨 大的经济效益。
由于其制备的碳纳米管层数多, 弯曲, 含有许多杂质, 需要进 一步纯化, 且碳纳米管缠绕成微米级大团, 还需要进一步进行 分散处理。
四、碳纳米管的生产方法 3、激光蒸汽法
利用激光束照射至含有金属的石墨靶上，将其蒸发，同时结 合一定的反应气体，在基底和反应腔壁上沉积出碳纳米管。
激光蒸汽法合成的单壁纳米碳管纯度高，但所用设备比较昂 贵，合成单壁纳米碳管的量极其有限且容易缠结，因而难以 推广。