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多碳纳米管有啥性能?

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提问者:董芳蕤| 湘潭| 635次浏览
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已有2条回答

魏滨海
回答数:4489 | 被采纳数:0

碳纳米管是在用电弧法制备C60时发现的。随后,确认了碳纳米管的结构,发现了碳纳米管的许多奇特的性质,使得碳纳米管成为新的一维纳米材料的研究热点。碳纳米管是由类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、中空的“微管”,分为单层管和多层管。多层管由若干个层间距约为0.34纳米的同轴圆柱面套构而成。碳纳米管的径向尺寸较小,管的外径一般在几纳米到几十纳米;管的内径更小,有的只有1纳米左右。而碳纳米管的长度一般在微米量级,相对其直径而言是比较长的。因此,碳纳米管被认为是一种典型的一维纳米材料。对碳纳米管的性能,特别是电学性能和力学性能的研究,已有许多理论计算结果。但是由于多层碳纳米管结构的复杂性,大多数理论计算都是以单层碳纳米管为研究对象来进行的。虽然大量的理论计算表明,碳纳米管具有电学、力学、光学等方面的许多奇特性质,但从实验上验证这些特性却十分困难。这主要是因为碳纳米管的尺寸太小,难以用常规实验手段对其进行测试。尽管困难重重,实验研究仍然取得了许多很有价值的成果。


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冯安祯
回答数:4577 | 被采纳数:0

碳纳米管具有良好的力学性能,CNTs抗拉强度达到50~200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6,至少比常规石墨纤维高一个数量级;它的弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管,其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似,但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。碳纳米管的硬度与金刚石相当,却拥有良好的柔韧性,可以拉伸。在工业上常用的增强型纤维中,决定强度的一个关键因素是长径比,即长度和直径之比。材料工程师希望得到的长径比至少是20:1,而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上,是理想的高强度纤维材料。2000年10月,美国宾州州立大学的研究人员称,碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍,重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”。莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011MPa的水压下(相当于水下10000米深的压强),由于巨大的压力,碳纳米管被压扁。撤去压力后,碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状,表现出良好的韧性。这启示人们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧,用在汽车、火车上作为减震装置,能够大大减轻重量。碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键,由于共轭效应显著,碳纳米管具有一些特殊的电学性质。碳纳米管具有良好的导电性能,由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,所以具有很好的电学性能。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6nm时,导电性能下降;当管径小于6nm时,CNTs可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道说Huang通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性,尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K,但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。


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