碳納米管是一種由石墨碳原子結晶而成的無縫、中空的管狀納米碳材料，可以看作是由石墨烯層卷起來的直徑隻有幾納米的微型管體，管的一端或兩端由富勒烯半球封帽而成。根據碳納米管中碳原子層數不同，将碳納米管分為單壁碳納米管（SWCNT）和多壁碳納米管（MWCNT）兩種。單壁碳納米管由單層石墨卷成，管徑為1-6Na，具有很高的長徑比，是結構完美的單分子材料。多壁碳納米管可看作由多個不同直徑的單壁碳納米管同軸套構而成，層間距均為0.34Na。

主要性能

優異的力學性能

由于碳納米管的結構與高分子材料的結構相似，但碳納米管的結構更穩定，且具有超高的長徑比，所以，碳納米管具有超高的抗拉強度、良好的柔韌性和彈性。 碳納米管的抗拉強度是鋼的100倍，彈性模量是鋼的5倍，而密度隻有鋼的1/6。 碳納米管在被壓扁後撤去壓力，可以象彈簧一樣立即恢複原狀。

良好的導電性能

由于碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的電學性能，且随着碳納米管管徑的減少表現出更好的導電性能，最高可以達到金屬銅的電導率的一萬倍。 據稱，當管徑小于6Na時，碳納米管可看成是一根量子導線； 當管徑小于0.7Na時，碳納米管在低溫條件下具有超導性能。

良好的傳熱性能

由于碳納米管具有超高的長徑比，沿其長度方向具有很高的熱交換性能，而沿其徑向方向熱交換性能較低，所以，利用碳納米管可以合成各向異性的熱傳導材料。 此外，碳納米管具有較高的熱導率，隻要在其它材料中摻入少量碳納米管，就可以大大提高複合材料的熱導率。

優異的光學性能

碳納米管具有光學偏振性、光學各向異性、電緻發光性及對紅外輻射異常敏感等性能。

良好的電磁性能

碳納米管的尖端具有納米尺度的曲率, 在相對較低的電壓下就能夠發射大量的電子, 呈現出良好的場緻發射特性。

其它性能

碳納米管還具有熔點高（據稱是已知材料中熔點最高的）、吸附能力強、催化催催化性能、寬帶微波吸收能力強等性能。

主要應用

1、用于制備碳納米合成材料，如高強度複合材料、導電塑料、電磁幹擾屏蔽材料、隐形材料、暗室吸波材料等。 2、用于制作電化學器件，如用于制作掃描探針顯微鏡的探針、室溫探測器、燃料電池、電極、生物傳感器等。 3、用于制作場發射顯示裝置。 4、用于制碳納米管場效應晶體管。 5、用于制作超級電容器，碳納米管超級電容器是已知的最大容量的電容器。 6、用于制作信息寫入與輸出探頭，實現超高密度存儲。 7、用作催化劑或吸附劑。 8、用于制作超大規模散熱器。 9、用于制作納米同軸電纜、電子開關、高速光電傳感器等等。

制備方法

電弧法

電弧法是制備碳納米管最早的方法，也是制備單壁碳納米管最主要的方法。 其制備工藝為： 在真空容器中充滿惰性氣何或氫氣，用摻有催化劑的石墨作為電極，在電弧發電時，陽極蒸發的石墨在陰極石墨上沉積形成碳納米管。 電弧法的特點是簡單快速，制備的碳納米管直，結晶度高，但産量不高，且在高溫時因摻入非晶碳雜質造成缺陷。

激光蒸發法

激光蒸發法制取的主要是單壁碳納米。 其制備工藝為： 将混有金屬催化劑的石墨靶置于封閉的長形石英管中，将石英管置于加熱爐中，當爐溫升至1473k時，向管内充入惰性氣體，并用激光照射石墨靶，石墨靶變成氣态碳和催化劑微粒，這些氣态碳和催化劑微粒被氣流從高溫區帶至低溫區，在共同作用下生長成為單壁碳納米管。 由于該方法産量低、設備昂貴等原因，沒有得到推廣應用。

催化熱解法

催化熱解法又叫化學氣相沉積法，包括基體法和浮遊法。 基體法的工藝為： 将催化劑附着在石墨或陶瓷基體上，高溫下通入的含碳氣體分解并在催化劑顆粒上生長出碳納米管。 浮遊法的工藝為： 先将催化劑加熱使之變成氣态，然後随同烴類氣體一起被引入反應室，分别在不同溫區分解，分解的催化劑原子逐漸聚集成納米顆粒，浮遊在反應室空間裡，烴類氣體分解出來的碳原子逐漸在催化劑納米顆粒表面析出并生成碳納米管。 這種方法反應溫度較低且易于控制，産量高且産品純度高，成本低，适用性強，目前被廣泛應用。

其它制備方法

發展前景

碳納米管作為最具開發價值的納米材料之一，自被發現以來強烈聚焦着各國專家的目光，經過二十多年的探索踐，碳納米管已經進入了批量生産和使用階段。 近兩年，碳納米管行業保持高速發展，據行業專業人士估計，2016年中國碳納米管産量同比增長達到80%左右。 在2017年，一大批企業都在布局或擴大碳納米管産業。 我們相信，随着人們對碳納米管的不斷探索，随着智能制造的高速發展，碳納米管必将發揮更加重要的作用，并将繼續保持高速發展。

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