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碳纳米材料简介第一章碳纳米材料简介碳元素碳在元素周期表中排第六位，是自然界分布非常广泛的元素，也是目前最重要、最使人着迷的元素之一。尽管它在地壳中含量仅为0.027% ，但是对一切生物体而言，它是最重要且含量最多的元素，人体中碳元素约占总质量的18%碳元素是元素周期表中IVA 族中最轻的元素。它存在三种同位素：12C、 13C、14c。碳单质有多重同素异形体，他是迄今为止人类发现的唯一一种可以从零围到三维都稳定存在的物质。如零维的富勒烯( fullerenes ) ，一维的碳纳米管( carb on nano tubes ) ，二维的石墨烯 ( graphe ne ) ，三维的金冈寸石 ( diam ond ) 和石墨( graphite ) 等。碳纳米材料富勒烯富勒烯是指完全由碳原子组成的具有空心球状或管状结构的分子。1985 年, Kroto ，Smalley 和 Curl 在美国莱斯大学发现了第一个富勒烯分子一一C6。。这一 发现使得他们赢得了1996 年的诺贝尔化学奖。G。由 60 个原子组成，包含20 个 六元环和 12 个五元环。这些环平面堆积在一起的方式和足球的表面结构一样，因此也也被称为足球烯。从那以后，不同分子质量和尺寸的富勒烯纷纷被制备出来。 G。的发现和研究开启了对碳元素和碳纳米材料广泛、深入研究的新时代，对纳米材料科学和技术的发展起到了极大的推动作用。由于其独特的结构，富勒烯同时具有芳香化合物和缺电子烯烃的性质，表现出很多优良的物理和化学性质( 表 1-1 ) 表 1-1 C 60 的一些基本物理和化学性质形态密度 1电阻率相变温度 溶解性化学特性范德华直径毒性黑色固体800 C升华溶常有溶可于见机剂具有芳香性、多烯特性及优良的1.1 nm无毒1.65g/cm 34.5*10Q ? cm1电化学特性碳纳米管碳纳米管（ carbon nano tubes ）是由碳原子形成的管状结构分子，包括单壁碳纳米管（ single-walled carbon nanotubes,SWNTs）和 多壁碳纳米管（multi-walled carbon nano tubes ，MWNTs 其直径从几百皮米到几十纳米，而长径比可以上万。碳纳米管是前最重要的一维纳米材料之一。虽然对碳纳米管发现的确切时间存在争议，但公认碳纳米管从1991 年才引起了科学界的广泛兴趣。1991 年日本的 Iijima 在研究富勒烯的制备过程中由于电弧产物中发现了多壁碳纳米管，并利用透射电镜证实了它的存在。随后在1993 年，他又发现了单壁碳纳米管，与此同时，Bethune 等也独立观察到了单壁碳纳米管。单壁碳纳米管可看成是由一层石墨烯沿一...