碳纳米管.doc

1 .碳纳米管 1) 碳纳米管的特性与分类碳纳米管(carbon nanotube) , 又名巴基管, 是碳家族中第 5 种同素异形体,由自然界最强的 C-C 共价键结合而成。碳纳米管是一种具有特殊结构( 径向尺寸为纳米量级, 轴向尺寸为微米量级, 管子两端基本上都封口)的一维量子材料。它主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管(见图 )。按照石墨烯片的层数,可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管(见图 ) , 无论是多壁管还是单壁管都具有很高的长径比, 一般为 100 ~ 1000 ,最高可达 1000 ~ 10000 ,完全可以认为是一维材料. 2) 碳纳米管的物理性质①高强度、低密度( 强皮为钢的 100 倍以上, 密度为钢的 1/6 以下); ②高弹性; ③优良的导体和半导体特性(量子限域所致); ④高的比表面积; ⑤强的吸附性能; ⑥优良的光学特性; ⑦发光强度随发射电流的增大而增强。 3) 碳纳米管在电子材料中的应用(1) 纳米电子器件。碳纳米管的电子结构可以是金属性质,也可以是半导体性质, 取决于其直径和螺旋度。因此不同直径和螺旋度的碳纳米管可以作为功能电子器件、微型电路的导线、最小的半导体装置、纳米级的晶体三极管、逻辑门和线路的连接件,应用于微电子器件。(2) 高性能传感器。碳纳米管特殊的力学、电子、热学性能,可以用于制作高灵敏度、高性能传感器。例如, 碳纳米管在吸附某些气体如 H 2、 NH 3、 O 2 和无机气体后电阻发生迅速的突变,可以作为电化学传感器, 用作灵敏的环境监测计, 监测有毒气体含量的微弱变化和控制环境污染。(3) 作为电极材料,用于高性能电容器、锂离子电池等领域。(4) 电子产品结构材料。由于碳纳米管可制造高强度碳纤维材料, 强度比钢高 100 倍,但重量只有钢的六分之一,并且具有高比模量、耐高温、热膨胀系数小和抵抗热变性能强等一系列优异性能, 因此用作产品的结构材料。例如,用来制作笔记本电脑外壳,不仅可以提高结构强度,而且可以使产品微小型化和轻型化。 2 .宽禁芾化合物半导体纳米材料宽禁。带半导体材料能在可见光波段实现高效率的光电转换,具有很好的应用前景, 而化合物半导体纳米材料就是一种宽禁带半导体材料。目前进入实际应用的宽禁带化合物半导体纳米材料有氧化锌和氮化镓。 1) 氧化锌纳米材料 Zn0 作为一种压电、压敏和气敏材料, 很早便在电子敏感器件中应用。但纳米 Zn0 展现出新的特殊性能,使其在激光领域崭露头角。利用纳米 Zn0 可以实现短波光发射和紫外激光发射, 并且容易改变光谱发射结构并增强可见光( 2 个量级)和紫外( 1 个量级)光的发射强度; 利用纳米 Zn() 的自组装行为得到 Zn0 纳米线阵列激光器件; 制造远红外线反射纤维的材料等。 2) 氮化镓纳米材料 GaN 宽禁带化合物半导体纳米材料在信息存储、显示、打印等领域有着广泛的应用前景。利用 GaN 材料体系,可以制备蓝蓝紫、紫外光 IEDs 以及高频、大功率电子器件以及紫外(UV) 光探测器。此外, GaN 基白光 LED 通过多种技术改进可以提高发光效率,并且可以利用具备自聚焦透镜作用的结构制造大功率高亮度 LED 芯片,是下一代固态照明光源的基石。 3 .半导体超晶格材料半导体超晶格材料是一种人造的纳米级