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納米碳材料

納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小於100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子組成,也可以由異種原子(非碳原子)組成,甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括三種類型:碳納米管,碳納米纖維,納米碳球。

簡介

近年來,碳納米技術的研究相當活躍,多種多樣的納米碳結晶、針狀、棒狀、桶狀等層出不窮。2000年德國和美國科學家還製備出由20個碳原子組成的空心籠狀分子。根據理論推算,包含20個碳原子僅是由正五邊形構成的,C60分子是富勒烯式結構分子中最小的一種,考慮到原於間結合的角度、力度等問題,人們一直認為這類分子很不穩定,難以存在。德、美科學家制出了C60籠狀分子為材料學領域解決了一個重要的研究課題。碳納米材料中納米碳纖維、納米碳管等新型碳材料具有許多優異的物理和化學特性,被廣泛地應用於諸多領域。

評價

碳元素是自然界中存在的與人類最密切相關、最重要的元素之一,它具有SP、SP2、SP3雜化的多樣電子軌道特性,在加之SP2的異向性導致晶體的各嚮導性和其它排列的各嚮導性。因此以碳元素為唯一構成元素的碳素材料具有各式各樣的性質,並且新碳素相合新碳素材料還不斷被發現和人工製得。事實上,沒有任何元素能像碳這樣作為單一元素可形成像三維金剛石晶體、二維石墨層片、一維卡賓和碳納米管、零維富勒烯分子等如此之多的結構與性質完全不同的物質。表1給出了碳的化學鍵合及其形成的各種典型有機物、無機物和碳相的例子。分為丙烯腈碳纖維和瀝青碳纖維兩種。碳纖維質輕於鋁而強力高於鋼,它的比重是鐵的1/4,強力是鐵的10倍,除了有高超的強力外,其化學性能非常穩定,耐腐蝕性高,同時耐高溫和低溫、耐輻射、消臭。碳纖維可以使用在各種不同的領域,由於製造成本高,大量用於航空器材、運動器械、建築工程的結構材料。美國伊利諾伊大學發明了一種廉價碳纖維,有高強力的韌性,同時有很強勁的吸附能力、能過濾有毒的氣體和有害的生物,可用於製造防毒衣、面罩、手套和防護性服裝等。 [1]

參考文獻