碳納米管（CNTs）的性能介紹

  碳納米管的獨特結構決定了它在力學、電學、光學等方面都具有優良的性能(表1-1)。

力學性能

  碳納米管具有良好的機械性能,初步估計,納米管的強度大概是鋼的100倍。同時碳納米管作為一維分子材料重量非常輕，六邊形結構完美的連接，比碳纖維缺陷少得多，其強度也非常高，彈性模量高，同時具有納米級直徑和微米級長度，長徑比可達100-1000，以及SP2和SP3雜化幾率不同而表現出的優良的彈性，是一種絕好的纖維材料，并且其性能優于當前任何纖維。用1%的碳納米管的添加量，復合材料的彈性模量一般可以提高到36%-42%，拉伸強度提高25%。采用傳統的碳纖維作增強材料，要得到相同的增強效果需要10%的添加量。在各向同性石油瀝青中添加5%的SWNTs，制備SWNTs復合材料碳纖維，結果發現，與未添加SWNTs的相比，其拉伸強度、模量分別提高90%和 150%，這為制備超常彎曲、模量、強度的新型碳纖維提供了新的方法。

電學性能

  碳納米管是由石墨演化而來，因而仍有大量未成對電子沿管壁游動，按常理而言，碳納米管應該具有理想的導電性。事實上，碳納米管既具有金屬導電性，也具有半導體性能。這主要與它的直徑及螺旋結構有關。直徑與螺旋結構主要由于手性矢量(n，m)所決定，n和m為整數。當然，由于某些特別的缺陷也可能導致同一碳納米管既具有金屬的性質，又具有半導體的性質。碳納米管具有許多優良的物理性能。其導電性與碳納米管的幾何尺寸有關:如與直徑有關，不同的直徑存在導體、半導體之分;與螺旋角有關，隨螺旋角的不同存在導體、半導體、絕緣體三種狀態;與層間作用力也有關，可以利用這些性質制作分子級開關、半導體器件等。此外，也有研究人員希望用碳納米管作為儲存的中間媒體，例如氫燃料電池和液體電解質電池的儲存媒體等。

碳納米管作為導體，其導電性優于銅，而且碳納米管有高的熱穩定性及高的本征遷移率，其特殊的分子結構可用作記憶元件的電容等。另外，人們測定了制備的PMMAMWNTs的導電性能。發現當碳納米管加入5%時，體積電阻率和表面電阻率分別降低3個和近4個數量級。對制備的PMPV/碳納米管復合材料的導電性的研究結果表明，這種復合材料的導電性比PMPV增大8-10個數量級，并能提高發光二極管在空氣中的穩定性。

光學性能

  很多學者對單壁碳納米管本身的光學性能進行了研究,發現單壁碳納米管的光致發光譜線存在多個強峰，峰值波長與單壁碳納米管的直徑和手性有關。發現激發光的波長強烈的影響著單璧碳納米管的發光強度，但這種光學性能是非線性的，研究顯示當激發光波長在800-900nm時，單壁碳納米管的發光強度大。現在對單壁碳納米管的熒光效應和光致發光效應的研究上已取得了不少成果，總體來看研究的對象主要集中在單根單壁碳納米管上。由于碳納米管之間相互影響單壁碳納米管管束在固態下不會產生熒光現象，必須分散到表面活性劑中進行研究，而且很多人發現用可見近紅外激光激發時碳納米管的發光波長峰值集中在近紅外區,即使高能量的光子入射后也轉變為低能量的光子釋放出來。隨著**的能源的短缺，太陽能的應用的引起人們重視，而定向碳納米管薄膜的太陽能吸收特性也得到廣泛的研究，實驗發現100um定向碳納米管薄膜的太陽光吸收比可達99%，隨著成本的降低和碳納米管排列的技術的日漸成熟，碳納米管將在太陽能領域有著廣泛的應用前景。

熱學性能

  碳納米管和石墨、金剛石一樣，都是良好的導熱體。分子動力學模擬結果表明:由于碳納米管導熱系統具有較大的平均聲子自由程，其軸向導熱系數高達6600W/(m·K)，與單層石墨基面的導熱率相當，為自然界已知材料中很好的，可用于電子設備中的**率散熱材料。

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