较强，碳会从粒子的上表面析出，即底端生长模型；如果催化剂颗粒与基体的粘合力较弱，碳会从粒子的下表面析出，并将催化剂颗粒不断提升,即顶端生长模型。 3.1.4 密闭体系中的催化/还原热解法:
通常以高压釜为反应容器，在400-700/C下通过催化/还原热解有机分子来合成碳纳米管。此方法设备简单，操作方便。 3.2碳纳米管的应用3.2.1 场发射
碳纳米管已被证实具有很好的场发射性能，可以在低于1v/μm的电场强度下观察到场发射现象，而电流强度可到达1A/cm。根据碳纳米管的本性、微观排列、制备过程和发射器的结构要求，碳纳米管场发射器可以制成多种构造形式。然而，单根碳纳米管场发射器件的可能应用仅限于对电子源尖锐性要求非常高的体系，如高分辨电子显微镜和平版印刷技术。相对而言，碳纳米管膜则具有极大的技术应用潜力，它兼具友好的发射性能，又易于制备和放量生产。其场发射器在真空电子器件、微波放大器、场发射显示器以及X射线管等领域具有十分广阔的应用前景。 3.2.2传感
碳纳米管是独特的一维量子线并具有极高的表面-体积比，因此其电学性质对分子吸附非常敏感。尤其是在半导体性的单壁碳纳米管中，所有碳原子均暴露在表面以至于由分子吸附所诱导产生的极小部分电荷都足以使局部载流子耗尽,造成很大的电导变化。基于此，人们己构筑了碳纳米管基的感应元件和转换器，用于气体分子和生物分子的检测。如,H.J.Dai等利用聚乙烯亚胺包覆的碳管研发了一种高灵敏、高选择性的碳纳米管传感器。Woollcy等报道了用单壁碳纳米管AFM针尖直接制作千碱基DNA单元型的方法，使人们更加深刻地了解了基因对癌症和心脏病等常见病的作用。 3.2.3 电化学
碳纳米管的直径在纳米尺度，管壁层间距为0.34nm，H2分子的动力学直径为0.289nm，因此，理论上单壁碳管的中空内腔和管束间隙、多壁碳管的内腔和层间间隙都可作为吸氢位。因而，碳纳米管储氢研究引起了广泛关注。A.C.Dllfon等利用程序升温脱附法推断出直径为1.2nm、纯度为100%单壁碳管的储氢量可达5-10wt%。Rchen等通过对多壁碳纳米管掺杂金属Li和K将储氢量分别提高到20wt%和14wt%，但其化学稳定性和放氢温度仍受到实际条件限制。 4 富勒烯
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富勒烯中碳原子的杂化方式介于sp与sp之间。富勒烯族中最早发现并具有代表性结构的是C60，它是由20个六元环和12个五元环拼接而成的20面体,直径为0.7Inm。 富勒烯是碳元素中一种热力学不稳定但动力学较稳定的亚稳态物质。从能量角度看，石墨中碳原子的能量为零，而富勒烯中碳原子的能量高达0.45eV，因此，要使石墨变成富勒烯必须从外界施加很高的能量。 4.1 富勒烯的合成4.1.1 碳蒸发法:
以人造/天然石墨或者高含碳量煤等为原料,在惰性气体氛围中通过电弧、电阻加热、电子束辐照、激光蒸发、真空热处理、等离子体、太阳能等途径将碳原子蒸发，在不同环境气压及不同类型金属催化剂的存在下,，蒸发后的碳原子再次簇合形成富勒烯。 4.1.2 催化热解含碳气体、烃类及有机化合物:
以Fe、Co、Ni等金属作为催化剂，通过CO的歧化、C2H2或丙烯等气相裂解来合成。此外，二茂铁等有机金属化合物可直接热解产生富勒烯。 4.1.3 苯火焰燃烧法:
在火焰温度1800K的条件下，苯经氢气稀释后燃烧可到C60和C70，这种方法对制备C70非常有效，且易于工业生产。 4.1.4含碳无机物的转化：
在基底温度为600/C条件下，通过激光照射可在晶化SiC里面生成尺寸较大、缺陷较少的富勒烯。 4.2 富勒烯的应用 4.2.1 超导体材料
C60分子本身是不导电的绝缘体，但当碱金属嵌人与空隙后，C60与碱金属的系列化合物将转变为超导体，如K3C60具有很高的超导临界温度。与氧化物超导体比较，C60系列超导体具有完美的三维超导性，电流密度大，稳定性高，易于展成线材等优点,是一类极具有价值的新型超导材料。 4.2.2 新型高分子材料
由于C60特殊笼状结构及功能，将与做为新型功能基团引人高分子体系，得到具有优异导电、光学性质的新型功能高分子材料。Y.wang报导C60/C70的混合物掺入发光高分子材料聚乙烯咔唑(PVK)中得到新型高分子光电导体，其光导性能可与某些最好的光导材料相媲美。这种光导材料在静电复印、静电成像以及光探测等技术方面有广泛应用。
[11]
23
4.2.3 其它方面应用
C60F60做为“分子滚球”和“分子润滑剂”在高新技术中起着重要作用。将锂原子嵌入碳笼内有可能制成高效能锂电池。碳笼内嵌入稀土元素铕有可能成为新型稀土发光材料。水溶性铔的C60衍生物有望做为新型核磁造影剂。C60及其衍生物可能成为新型催化剂和新型纳米级的分子导线，分子吸管和晶须增强复合材料。C60与一环糊精、环芳烃形成的水溶性主客体复合物将在超分子化学及仿生化学领域发挥重要作用。 5 石墨炔
石墨炔是由 sp 和 sp和 sp三种杂化价态形成的碳同素异形体，通过 1，3-二炔键将苯环共轭连接起来，具有二维平面网络结构。石墨炔的特殊结构使其具有丰富的碳化学键，因为共轭体系大以及宽达 4.1913 ?的面间距，石墨炔具有良好的化学稳定性并表现出半导体性能。 5.1 石墨炔的合成
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利用六炔基苯在铜片上催化发生交叉偶联反应，成功地在铜片表面合成出大面积石墨炔的（graphdiyne）薄膜，该薄膜有序度较高、缺陷较少，薄膜电导率为 10-10S/m。
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5.2 石墨炔的应用
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Du Hailiang等将石墨炔纳米片掺杂在有机太阳能电池的光阳极内，提升了电池的光电转化效率。
在光催化领域，WangShuo 等人报道了一种石墨炔复合 P25 的新型光催化剂，该复合催化剂催化降解亚甲基蓝（MB）的效果优于传统的 P25 及石墨烯复合 P25催化剂。
5.2.1 气体分离
石墨炔具有丰富的孔洞结构，使其成为实现各种气体分离需求的理想分子筛，例如，它可作为合成气中( H2、CH4和 CO 的混合物)分离H2的超薄分离膜，是清洁能源方面—氢气 提纯的潜在应用材料。 5.2.2 海水淡化
利用石墨炔纳米多孔膜进行海水脱盐被广泛地认为是一种高能效的方法，可能优于现有的商业技术，如反渗透． Buehler 等发现石墨炔孔洞能允许水分子无障碍渗透，并完全排斥盐离子通过的碳“纳米网”，这一优越的特性是实现海水淡化的理想材料。 碳纳米网可以用原生石墨炔的单层膜来制造，做为二维碳的同素异形体，石墨炔其高度惰性，稳定，多孔，具有确定的三角形原子孔，单原子厚的网状纤维结构。 5.2.3 储氢材料
金属掺杂石墨炔具有优良的性质． 因其拥有sp的石墨烯和富勒烯所不具备的附加的面内 π共轭，石墨炔对钙显示增强的结合能，使得它们可被优化为 H2存储材料。Liu 等预测地锂修饰的石墨炔也可作为优秀的氢气储存材料，其氢气存储容量可达 18.6%。 参考文献
[1] 唐征海.石墨烯的修饰及聚合物/石墨烯复合材料,华南理工大学,2014,4
[2] Novoselov K. S., Geim A. K., Morozov S. V., et al. Electric field effect in atomically thin carbon films[J]. Science, 2004,306(5296):666-669 [3] 王庆凯.石墨烯制备及导电性能的研究，北京印刷学院，2014,12
[4] 任文才, 高力波, 马来鹏等.石墨烯的化学气相沉积法制备[J].新型炭材料,2011,26(1):71-80
[5] 胡晓阳.碳纳米管和石墨稀的制备及应用研究,郑州大学，2013,5
[6] 康文君.碳基碳基复合材料的可控合成、表征及性能研究,中国科学技术大学，2011,4 [7]BergerC.:Song2.M.;LiX.B.:X.S.Wu,BrownN.:NaudC.;deHeerW.A.:etal.Science2006,312,1191.
[8] Campos L. C., Manfrinato V. R., Sanchez-Yamagishi J. D., et al. Anisotropic etching and nanoribbon formation in single-layer graphene[J]. Nano Letters, 2009,9(7):2600-2604
[9] 李冬杰.碳基复合材料制备及性能研究,天津大学,2009,4
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