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纳米碳管和石墨烯的微观结构简介
 
 
陈绪栋 李飞扬
【Summary】本文主要介绍了纳米碳管和石墨烯两种碳材料的微观结构，通过对两种材料微观结构的认识，了解这两种碳材料的物理性质和化学性质以及它们将来会给我们的日常生活带 
 
纳米碳管和石墨烯的微观结构简介
 
 
陈绪栋 李飞扬
【Summary】本文主要介绍了纳米碳管和石墨烯两种碳材料的微观结构，通过对两种材料微观结构的认识，了解这两种碳材料的物理性质和化学性质以及它们将来会给我们的日常生活带来的影响。
【Key】纳米碳管，石墨烯，微观结构
1前言
碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有多样的电子轨道特性（sp，sp2，sp3杂化），再加之sp2的异向性而导致晶体的各向异性和其排列的各向异性，因此以碳元素为唯一构成元素的碳材料具有各式各样的性质，并且新碳素相和新型碳材料还不断被发现和人工制得。由于碳元素和碳材料具有形式和性质的多样性，从而决定了碳和碳材料仍有许多目前并未开发的部分，若再考虑与其他元素或化合物等的复合和相互作用，则可获得更大的发展空间和前景。从目前的研究情况来看，在未来相当长的一段时间
内，碳的新相和聚合物碳同素异构体的设计、制造和研究将是物理化学领域中最中心的课题。
2纳米碳管简介

纳米碳管（CNT），管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的C是SP2杂化，形成六边形平面的圆柱面[1]。
纳米碳管由1991年日本科学家Sumio Iijima发现，具有优良的场发射性能，制作成阴极显示管，储氢材料。我。1992年，科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性；1995年，科学家研究并证实了其优良的场发射性能；1996年，我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长；1998年，科研人员应用碳纳米管作电子管阴极；1998年，科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管；1999年，韩国一个研究小组制成碳纳米管阴极彩色显示器样管；2000年，日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管[2]。

石墨平面卷成圆柱体时的矢量设计图见图1。螺旋向量R= na1+ ma2，a1，，a2为石墨晶格矢量，n，m为整数。根据螺旋向量R的不同，SWNTs可分为三类：n= m型纳米碳管叫做扶手椅型纳米碳管：m = 0型纳米碳管叫做锯齿型纳米碳管[3]；其余的叫做螺旋型纳米碳管（n-m）/3为整数时，SWNTs具有金属性，否则为半导体。
纳米碳管的导电性与纳米碳管的螺旋度和直径有关，在纳米碳管中，电子是沿着石墨片层的单个平面进行传导的，其电子传输通道随碳管直径的增加而增加，因此，纳米碳管具有独特的发射传导性质。扶手椅型纳米碳管具有金属导电性，而锯齿型和螺旋型纳米碳管具有半导体导电性。这是因为，在扶手椅型纳米碳管中，价带和导带相交迭，而在大多数螺旋型纳米碳管中，费米能级附近存在禁带，禁带的宽度与碳管直径成反比[4]。
C—C共价键使纳米碳管具有很高的强度和刚度，从纳米碳管的结构和已进行的测试来看，纳米碳管的弹性模量和相应的刚度值应当近似于或大于石墨