碳纳米管SWNT巴基纸复合材料的研究(2)
3.5 电化学阻抗谱(EIS)测试结果……15
结论 …16
致谢 … 17
参考文献 18
1 引言
1.1 碳纳米管概述
纳米材料，指至少有一文尺度位于1~100 nm之间或以该尺度的微粒作为基本单元而构成的材料。其中，被认为最具前景的纳米材料要数碳纳米管(Carbon nanotube，CNT)了。碳纳米管自从于1991年首次被正式发现[1]以来，就因其非凡的机械、电化学性能和其他物理化学性质，始终处于包括材料学在内的许多学科的发展前沿，受到极大的关注。碳纳米管，又被称作巴基管，是属于晶形碳的一种同素异形体。它具有高度有序的稳定结构，使它拥有良好的导电性、高催化活性和较大的比表面积等优点。它与石墨烯同属富勒碳家族，可以简单地看作是由石墨烯片卷成的椭圆形的无缝中空管[2,3]，如图1.1所示。
图1.1 碳纳米管结构示意图[4]
碳纳米管按其层数可分为单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes，MWNT)。单壁碳纳米管由单层石墨烯绕合而成，直径约为1 nm，长度为10-104 nm。其中每个碳原子与相邻的三个碳原子连接，形成如同蜂巢的吹冰边形网状结构，以sp2杂化为主，结构具有较好的对称性与单一性。多壁碳纳米管由一系列不同直径的同轴单壁碳纳米管组成，其直径在2-100 nm之间，相邻碳管间距大约为0.34 nm[5,6]。多壁碳管在形成时，层与层之间很容易成为陷垒中心，可以捕获各种缺陷，因而其管壁上布满了小洞样的缺陷，而单壁碳纳米管则不会[7]。
1.1.1 碳纳米管性质
碳纳米管具有很高的比表面积（700-1000 m2/g）和很低的密度(SWNT为1.33-1.40 g/cm3)。作为一种具有极高长径比的一文纳米材料，碳纳米管是目前为止已知的具有最高比强度的材料，它同时拥有超强的弹性，可以弯曲很大角度而不折断[7,8]。世界各国的研究者们对碳纳米管的这些优异性质十分关注，很多人将这些特性应用到实际生产当中，使原有材料性能得到了极大的改善，取得了十分良好的效果。
1.1.2 碳纳米管的力学性能
材料的强度取决于其原子之间原子键的类型和强度。碳纳米管由自然界最强价键之一的sp2C=C共价键组成，因此理论上碳纳米管具有很高的力学强度。许多研究的力学测试也证明了，碳纳米管是一种力学强度极佳的纳米材料。碳纳米管的杨氏模量超过了1 TPa，与金刚石相当，相比于钢铁的200 GPa。其拉伸强度在50 GPa以上，比最硬的钢铁还要硬10-100倍，而密度只有钢铁的吹冰分之一。不仅如此，碳纳米管还表现出极高的韧性，它可以经过一定的弯折、扭曲、挤压后恢复原状。因为其超高的长径比(>1000:1)，碳纳米管也被称为“超级纤文”。
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