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Carbon
新 型 炭 材 料
碳 术 语 辞 典
碳 纳 米 管
 
 
 —New— 
纳米碳管-制备、结构、物性及应用

本书由化学工业出版出版(ISBN 7-5025-3957-3/TQ 1558)

 
    纳米碳管(Carbon nanotube)是1991年 才被发现的一种新型碳结构,它是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体。一般可分为单壁纳米碳管(Single-walled carbon nanotube)和多壁纳米碳管( Multi-walled carbon nanotube)。由于纳米碳管的直径很小、长径比大,故可视为准一维纳米材料。 理论预测和实验研究发现纳米碳管具有奇特的电学性能,并和其结构密切相关,可用于制作晶体管等纳米电子器件。纳米碳管的电 子能带结构特殊,波矢被限定于轴向,量子效应明显,实验发现单壁纳米碳管是真正的量子导线。纳米碳管具有发射阈值低、发射 电流密度大、稳定性高等优异的场发射性能,可用于制作高性能平板显示器。石墨烯平面中的碳碳键是自然界中已知的最强的化学 键之一,纳米碳管的结构为完整的石墨烯网格,因此其理论强度接近于碳碳键的强度。理论预测其强度大约为钢的100倍,而密度只 有钢的1/6,并具有很好的柔韧性。因此被称之为超级纤维,可用于高级复合材料的增强体,制成轻质、高强的太空缆绳,在航空、 航天等高技术领域大显身手。此外,纳米碳管还具有很好的吸附特性,如高效储存氢气。这些特异性能预示着纳米碳管在众多领域 具有广阔的应用前景。如全球最大的计算机制造商IBM公司近日宣布他们已用纳米碳管研制出一种性能优于目前最好的硅半导体芯片 的晶体管,该晶体管是制造更小巧、速度更快的计算机的关键。
    虽然纳米碳管才被发现10年,但国内外研究与开发异常活跃,从制备、结构到物性和应用的探索连连取得重大突破。美国 、英国和日本等发达国家在该领域的研究处于领先地位,并先后出版了数种关于纳米碳管的专著。我国科学家在本领域也开展了比较系统的研究工作 ,特别是在纳米碳管的制备技术及物性研究等方面取得了一些重大突破,在国际上有较大影响。但这些研究成果仅见诸于国内外的学术刊物和学术会 议之中。如果能将国内外有关纳米碳管方面的研究成果融入一书,进行综合分析与论述,必将促进我国纳米碳管的研究与开发,促进纳米碳管在众多 领域的实际应用。
    编著者及其所在的中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部自1997年以来致力于纳米碳管 的制备、结构、物性及应用等方面的研究与开发,在有机物催化热解法和氢电弧法制备单壁纳米碳管和单壁纳米碳管绳,纳米碳管的储氢特性、场发 射特性、电化学特性、力学性能,以及纳米碳管的大量制备与应用等方面取得了有意义的结果,受到国内外同行的关注。在此基础上,编著者参阅有 关纳米碳管的大量国内外科技文献与资料,总结国内外最新科研进展,充分融入编著者多年在科研工作中取得的成果和积累,探索性地编写了这本关 于纳米碳管的专著。书中首先概述了碳和纳米碳管的基本特性,然后详细叙述了纳米碳管的制备方法、生长机理、微观结构、表面结构与孔结构、表征 方法等内容,最后较为系统地阐述了纳米碳管的电学性质、力学性质、场发射特性、储氢特性、电化学特性及其可能的应用前景。
    除编著者成会明外,中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室先进炭材料研究部的大部分成员参与了编写工作 ,他们是:王茂章(第一章);侯鹏翔、白朔(第二章);李峰(第三章);杨全红(第四章);李峰、英哲(第五章);李峰(第六章);佟钰、 刘畅(第七章);刘畅、郑宏(第八章);戴贵平、刘辰光、刘敏(第九章);李莉香、杨全红(第十章)、杜金红、白朔(第十一章)。王茂章、 李峰在全书校对等方面做了许多工作。
    本书相当一部分内容是编著者及其先进炭材料研究部几年来的研究成果,这些成果是多年来在国家自然科学基金委员会、科 技部国家重点基础研究规划项目(973计划)、科技部高技术研究发展计划项目(863计划)和中国科学院知识创新工程重大项目和创新方向性项目的 支持下取得的,在此表示感谢。本书的编写得到了化学工业出版社王秀鸾女士的大力支持,以及中国科学院金属研究所的有关领导、同事及先进炭 材料研究部所有成员的大力支持,在此表示诚挚的谢意。
    纳米碳管的研究发展十分迅速,新的成果不断涌现,文献资料浩瀚无边,由于编著者的水平有限,书中难免有疏漏与不妥甚至 错误之处,恳请专家和读者批评指正!
 
成会明
2002年5月于中国科学院金属研究所,沈阳
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