碳纳米管；石墨烯；及碳纳米管-石墨烯复合材料 - 图文

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目录

摘要 ................................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................. II 1 石墨烯........................................................................................................................................... 1

1.1 石墨烯简介 ....................................................................................................................... 1 1.2 石墨烯的结构和性质 ....................................................................................................... 2

1.2.1 石墨烯的结构 ....................................................................................................... 2 1.2.2 石墨烯的性质 ....................................................................................................... 4 1.3 石墨烯的表征 ................................................................................................................... 5 1.4 石墨烯的主要制备方法 ................................................................................................... 6 2 碳纳米管....................................................................................................................................... 8

2.1 碳纳米管的发现及发展历程 ........................................................................................... 8 2.2 碳纳米管的结构和分类 ................................................................................................... 9

2.2.1碳纳米管的结构 .................................................................................................... 9 2.2.2碳纳米管的分类 .................................................................................................. 11 2.3 碳纳米管的生长机理 ..................................................................................................... 12

2.3.1 顶部生长机理 ..................................................................................................... 12 2.3.2 底部生长机理 ..................................................................................................... 13 2.4 碳纳米管的性能 ............................................................................................................. 14

2.4.1 碳纳米管的力学性能 ......................................................................................... 14 2.4.2 热学性能 ............................................................................................................. 14 2.4.3 碳纳米管的电学性能 ......................................................................................... 15 2.4.4 光学性能 ............................................................................................................. 16 2.5碳纳米管的制备 .............................................................................................................. 16

2.5.1 电弧放电法 ......................................................................................................... 16 2.5.2 激光蒸发法 ......................................................................................................... 17 2.5.3 化学气相沉积法 ................................................................................................. 18 2.6.碳纳米管的预处理 ......................................................................................................... 19

2.6.1 碳纳米管的纯化 ............................................................................................... 19 2.6.2 碳纳米管的分散 ............................................................................................... 19 2.6.3碳纳米管的活化 .................................................................................................. 20 2.7碳纳米管的应用 .............................................................................................................. 20

2.7.1 在电磁学与器件方面 ......................................................................................... 20 2.7.2 在信息科学方面 ................................................................................................. 21 2.7.3 储氢方面 ........................................................................................................... 21 2.7.4 制造纳米材料方面 ............................................................................................. 21 2.7.5 催化方面 ........................................................................................................... 22 2.8 存在问题及发展方向 ................................................................................................... 22 3碳纳米管/石墨烯复合材料 ........................................................................................................ 22

3.1 从碳纳米管、石墨稀到碳纳米管/石墨稀复合材料发展历程 ................................... 22 3.2 碳纳米管/石墨烯复合材料结构 ................................................................................... 23

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3.3碳纳米管/石墨稀复合材料的制备 ................................................................................ 24

3.3.1电化学序列自组装沉积法 .................................................................................. 24 3.3.2 CVD法 .................................................................................................................. 25 3.4 碳纳米管/石墨烯复合材料研究进展 ........................................................................... 25 4结论 ............................................................................................................................................. 28 5 参考文献..................................................................................................................................... 28

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摘要

自从2004年发现石墨烯以来，由于其和二维结构相关的优异性能，石墨烯很快就成为材料科学和凝聚态物理研究的热点课题。石墨烯严格的二维结构使其具有优异的晶体特性和导电特性，尽管石墨烯研究的历史短，但是在物理和应用方面已有很多研究工作;作为纳米材料中的重要一员，碳纳米管由于其具有独特的结构和优异的性能，自从其被发现以来便引起了全世界材料科学家的极大兴趣，科学家甚至预测碳纳米管将成为21世纪最有前途的一维纳米材料，并将成为构成未来智能社会的四大支柱之一。碳纳米管/石墨烯复合材料弥补了一维碳纳米管和二维石墨稀所存在的缺陷。无论是在轴向和纵向都具有良好的热应力和电子传导速率,这种碳纳米管/石墨稀复合材料还可作为储氧材料。本文简要介绍了这些内容。

关键词:碳纳米管;石墨烯;复合材料;化学气相沉淀

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Abstract

Since the 2004 discovery of graphene, due to its two-dimensional structure and excellent properties, graphene soon became a hot topic in the research of materials science and condensed matter physics. The strictly two-dimensional structure makes it has excellent crystal properties and conductive properties. Although the research history is short, there are a lot of research works in physics and applications. carbon nanotubes is an important 么member of Nano-materials ,since discovered it has attracted great interest from materials scientists around the world because of its unique structure and excellent performance, scientists even predict that carbon nanotubes will become the most promising one-dimensional nanomaterials the 21st century., and will become one of the four pillar constitute in the future of smart society.CNT/graphene composite materials make up the the defects of one-dimensional and two-dimensional graphite carbon nanotube. It has good thermal and electrical conduction velocity both in the axial and longitudinal stresses , the CNT / graphene composite material can be used as hydrogen storage materials. This article briefly describes the content.

Key words: Carbon Nanotubes;Graphene;Composites;Chemical vapor deposition

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碳纳米管/石墨烯复合材料

1 石墨烯

1.1 石墨烯简介

2004 年，英国曼彻斯特大学(University of Manchester)Andre K. Geim等[1]以石墨为原料，通过微机械力剥离法得到一系列叫作二维原子晶体( two-dimensional atomic crystals) 的新材料——“石墨烯(graphene )”。

石墨烯的英文名字为Graphene，最早出现在1987年，当时科学家用之称谓“单层石墨”，或描述碳纳米管(nanotube)；所以碳纳米管也被认为是卷成圆桶的石墨烯。很明显，该命名与石墨(graphite)有关。与碳纳米管相比，石墨烯有完美的杂化结构，大的共轭体系使其电子传输能力很强，而且合成石墨烯的原料是石墨，价格低廉，这表明石墨烯在应用方面将优于碳纳米管。与硅相比，石墨烯同样具有独特优势：硅基的微计算机处理器在室温条件下每秒钟只能执行一定数量的操作，然而电子穿过石墨烯几乎没有任何阻力，所产生的热量也非常少。另外，石墨烯本身就是一个良好的导热体，可以很快地散发热量。由于具有优异的性能，如果由石墨烯制造电子产品，则运行的速度可以得到大幅提高。速度还不是石墨烯的唯一优点。硅不能分割成小于10 nm 的小片，否则其将失去诱人的电子性能；与硅相比，石墨烯被分割时其基本物理性能并不改变，而且其电子性能还有可能异常发挥。因而，当硅无法再分割得更小时，比硅还小的石墨烯可继续维持摩尔定律，从而极有可能成为硅的替代品推动微电子技术继续向前发展。

石墨烯跟钻石一样，都是纯碳，但它比钻石硬很多。石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，碳原子排列与石墨的单原子层一样，成蜂窝状(honeycomb)。虽然它很结实，但是柔韧性跟塑料包装一样好，可以随意弯曲、折叠或者像卷轴一样卷起来。

石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温

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