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碳納米管
具有特殊結構的一維量子材料
碳納米管，又名巴基管，是一種具有特殊結構（徑向尺寸為納米量級，軸向尺寸為微米量級、管子兩端基本上都封口）的一維量子材料。它主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管。層與層之間保持固定的距離，約0.34nm，直徑一般為2～20nm。碳納米管不總是筆直的，而是局部區域出現凸凹現象，這是由于在六邊形編織過(guò)程中出現了五邊形和七邊形。除六邊形外，五邊形和七邊形在碳納米管中也扮演重要角色。根據碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種。其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒(méi)有手性。
碳納米管作為一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多異常的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能。
基本信息
| 中文名 | 碳納米管 |
| 外文名 | carbon nanotubes |
| 顏色 | 黑色 |
| 蒸汽壓力 | 未確定 |
| 氣味 | 無(wú)味 |
展開(kāi)
發(fā)現歷史
1985 年，“足球”結構的C60一經(jīng)發(fā)現即吸引了全世界的目光，Kroto H. W.、Smalley R. E.、和Curl R. F.亦因共同發(fā)現C60并確認和證實(shí)其結構而獲得1996 年諾貝爾化學(xué)獎。在富勒烯研究推動(dòng)下，1991 年一種更加奇特的碳結構——碳納米管被日本電子公司（NEC）的飯島博士發(fā)現。
碳納米管在1991 年被正式認識并命名之前，已經(jīng)在一些研究中發(fā)現并制造出來(lái)，只是當時(shí)還沒(méi)有認識到它是一種新的重要的碳的形態(tài)。1890 年人們就發(fā)現含碳氣體在熱的表面上能分解形成絲狀碳。1953 年在CO 和Fe3O4在高溫反應時(shí)，也曾發(fā)現過(guò)類(lèi)似碳納米管的絲狀結構。從20 世紀50 年代開(kāi)始，石油化工廠(chǎng)和冷核反應堆的積炭問(wèn)題，也就是碳絲堆積的問(wèn)題，逐步引起重視，為了抑制其生長(cháng)，開(kāi)展了不少有關(guān)其生長(cháng)機理的研究。這些用有機物催化熱解的辦法得到的碳絲中已經(jīng)發(fā)現有類(lèi)似碳納米管的結構。在20 世紀70 年代末，新西蘭科學(xué)家發(fā)現在兩個(gè)石墨電極間通電產(chǎn)生電火花時(shí)，電極表面生成小纖維簇，進(jìn)行了電子衍射測定發(fā)現其壁是由類(lèi)石墨排列的碳組成，實(shí)際上已經(jīng)觀(guān)察到多壁碳納米管。
碳納米管
結構特征
碳納米管中碳原子以sp雜化為主，同時(shí)六角型網(wǎng)格結構存在一定程度的彎曲，形成空間拓撲結構，其中可形成一定的sp雜化鍵，即形成的化學(xué)鍵同時(shí)具有sp和sp混合雜化狀態(tài)，而這些p 軌道彼此交疊在碳納米管石墨烯片層外形成高度離域化的大π 鍵，碳納米管外表面的大π 鍵是碳納米管與一些具有共軛性能的大分子以非共價(jià)鍵復合的化學(xué)基礎。
對多壁碳納米管的光電子能譜研究結果表明，不論單壁碳納米管還是多壁碳納米管，其表面都結合有一定的官能基團，而且不同制備方法獲得的碳納米管由于制備方法各異，后處理過(guò)程不同而具有不同的表面結構。一般來(lái)講，單壁碳納米管具有較高的化學(xué)惰性，其表面要純凈一些，而多壁碳納米管表面要活潑得多，結合有大量的表面基團，如羧基等。以變角X 光電子能譜對碳納米管的表面檢測結果表明，單壁碳納米管表面具有化學(xué)惰性，化學(xué)結構比較簡(jiǎn)單，而且隨著(zhù)碳納米管管壁層數的增加，缺陷和化學(xué)反應性增強，表面化學(xué)結構趨向復雜化。內層碳原子的化學(xué)結構比較單一，外層碳原子的化學(xué)組成比較復雜，而且外層碳原子上往往沉積有大量的無(wú)定形碳。由于具有物理結構和化學(xué)結構的不均勻性，碳納米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微環(huán)境，因此也具有能量的不均一性。
碳納米管不總是筆直的，而是局部區域出現凸凹現象，這是由于在六邊形編制過(guò)程中出現了五邊形和七邊形。如果五邊形正好出現在碳納米管的頂端，即形成碳納米管的封口。當出現七邊形時(shí)納米管則凹進(jìn)。這些拓撲缺陷可改變碳納米管的螺旋結構，在出現缺陷附近的電子能帶結構也會(huì )發(fā)生改變。另外，兩根毗鄰的碳納米管也不是直接粘在一起的，而是保持一定的距離。
分類(lèi)
碳納米管可以看做是石墨烯片層卷曲而成，因此按照石墨烯片的層數可分為：?jiǎn)伪谔技{米管（或稱(chēng)單層碳納米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳納米管（或多層碳納米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs），多壁管在開(kāi)始形成的時(shí)候，層與層之間很容易成為陷阱中心而捕獲各種缺陷，因而多壁管的管壁上通常布滿(mǎn)小洞樣的缺陷。與多壁管相比，單壁管直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有更高的均勻一致性。單壁管典型直徑在0.6-2nm，多壁管最內層可達0.4nm，最粗可達數百納米，但典型管徑為2-100nm。
碳納米管依其結構特征可以分為三種類(lèi)型：扶手椅形納米管（armchair form），鋸齒形納米管（zigzag form）和手性納米管（chiral form）。碳納米管的手性指數（n，m）與其螺旋度和電學(xué)性能等有直接關(guān)系，習慣上n>=m。當n=m時(shí)，碳納米管稱(chēng)為扶手椅形納米管，手性角（螺旋角）為30；當n>m=0時(shí)，碳納米管稱(chēng)為鋸齒形納米管，手性角（螺旋角）為0；當n>m≠0時(shí)，將其稱(chēng)為手性碳納米管。
根據碳納米管的導電性質(zhì)可以將其分為金屬型碳納米管和半導體型碳納米管：當n-m=3k(k為整數)時(shí)，碳納米管為金屬型；當n-m=3k±1，碳納米管為半導體型。
按照是否含有管壁缺陷可以分為：完善碳納米管和含缺陷碳納米管。
按照外形的均勻性和整體形態(tài)，可分為：直管型，碳納米管束，Y型，蛇型等。
關(guān)于管壁缺陷對碳納米管力學(xué)性質(zhì)的影響規律也值得引起關(guān)注，這也將有助于進(jìn)一步認識碳納米管及其復合材料。由于碳納米管制造工藝的限制，碳納米管中含有大量的各種缺陷，如原子空位缺陷(單原子或多原子空位)和Stone-Thrower-Wales (STW)型缺陷等。見(jiàn)下圖。
性質(zhì)
力學(xué)
由于碳納米管中碳原子采取SP2雜化，相比SP3雜化，SP2雜化中S軌道成分比較大，使碳納米管具有高模量和高強度。
碳納米管具有良好的力學(xué)性能，CNTs抗拉強度達到50～200GPa,是鋼的100倍，密度卻只有鋼的1/6，至少比常規石墨纖維高一個(gè)數量級；它的彈性模量可達1TPa，與金剛石的彈性模量相當，約為鋼的5倍。對于具有理想結構的單層壁的碳納米管，其抗拉強度約800GPa。碳納米管的結構雖然與高分子材料的結構相似，但其結構卻比高分子材料穩定得多。碳納米管是目前可制備出的具有最高比強度的材料。若將以其他工程材料為基體與碳納米管制成復合材料, 可使復合材料表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性及各向同性，給復合材料的性能帶來(lái)極大的改善。
碳納米管的硬度與金剛石相當，卻擁有良好的柔韌性，可以拉伸。在工業(yè)上常用的增強型纖維中，決定強度的一個(gè)關(guān)鍵因素是長(cháng)徑比，即長(cháng)度和直徑之比。材料工程師希望得到的長(cháng)徑比至少是20:1，而碳納米管的長(cháng)徑比一般在1000:1以上，是理想的高強度纖維材料。2000年10月，美國賓州州立大學(xué)的研究人員稱(chēng)，碳納米管的強度比同體積鋼的強度高100倍，重量卻只有后者的1/6到1/7。碳納米管因而被稱(chēng)“超級纖維”。
莫斯科大學(xué)的研究人員曾將碳納米管置于1011 MPa的水壓下（相當于水下10000米深的壓強），由于巨大的壓力，碳納米管被壓扁。撤去壓力后，碳納米管像彈簧一樣立即恢復了形狀，表現出良好的韌性。這啟示人們可以利用碳納米管制造輕薄的彈簧，用在汽車(chē)、火車(chē)上作為減震裝置，能夠大大減輕重量。
此外，碳納米管的熔點(diǎn)是已知材料中最高的。
導電
碳納米管具有良好的導電性能，由于碳納米管的結構與石墨的片層結構相同，所以具有很好的電學(xué)性能。理論預測其導電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當CNTs的管徑大于6nm時(shí)，導電性能下降；當管徑小于6nm時(shí)，CNTs可以被看成具有良好導電性能的一維量子導線(xiàn)。有報道說(shuō)Huang通過(guò)計算認為直徑為0.7nm的碳納米管具有超導性，盡管其超導轉變溫度只有1.5×10-4K，但是預示著(zhù)碳納米管在超導領(lǐng)域的應用前景。
傳熱
碳納米管具有良好的傳熱性能，CNTs具有非常大的長(cháng)徑比，因而其沿著(zhù)長(cháng)度方向的熱交換性能很高，相對的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。另外，碳納米管有著(zhù)較高的熱導率，只要在復合材料中摻雜微量的碳納米管 ,該復合材料的熱導率將會(huì )可能得到很大的改善。
其他
碳納米管還具有光學(xué)等其他良好的性能。
制備
電弧放電法
電弧放電法是生產(chǎn)碳納米管的主要方法。1991年日本物理學(xué)家飯島澄男就是從電弧放電法生產(chǎn)的碳纖維中首次發(fā)現碳納米管的。電弧放電法的具體過(guò)程是：將石墨電極置于充滿(mǎn)氦氣或氬氣的反應容器中，在兩極之間激發(fā)出電弧，此時(shí)溫度可以達到4000度左右。在這種條件下，石墨會(huì )蒸發(fā)，生成的產(chǎn)物有富勒烯（C60）、無(wú)定型碳和單壁或多壁的碳納米管。通過(guò)控制催化劑和容器中的氫氣含量，可以調節幾種產(chǎn)物的相對產(chǎn)量。使用這一方法制備碳納米管技術(shù)上比較簡(jiǎn)單，但是生成的碳納米管與C60等產(chǎn)物混雜在一起，很難得到純度較高的碳納米管，并且得到的往往都是多層碳納米管，而實(shí)際研究中人們往往需要的是單層的碳納米管。此外該方法反應消耗能量太大。有些研究人員發(fā)現，如果采用熔融的氯化鋰作為陽(yáng)極，可以有效地降低反應中消耗的能量，產(chǎn)物純化也比較容易。
發(fā)展出了化學(xué)氣相沉積法，或稱(chēng)為碳氫氣體熱解法，在一定程度上克服了電弧放電法的缺陷。這種方法是讓氣態(tài)烴通過(guò)附著(zhù)有催化劑微粒的模板，在800~1200度的條件下，氣態(tài)烴可以分解生成碳納米管。這種方法突出的優(yōu)點(diǎn)是殘余反應物為氣體，可以離開(kāi)反應體系，得到純度比較高的碳納米管，同時(shí)溫度亦不需要很高，相對而言節省了能量。但是制得的碳納米管管徑不整齊，形狀不規則，并且在制備過(guò)程中必須要用到催化劑。這種方法的主要研究方向是希望通過(guò)控制模板上催化劑的排列方式來(lái)控制生成的碳納米管的結構，已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。
固相熱解法
除此之外還有固相熱解法等方法。固相熱解法是令常規含碳亞穩固體在高溫下熱解生長(cháng)碳納米管的新方法，這種方法過(guò)程比較穩定，不需要催化劑，并且是原位生長(cháng)。但受到原料的限制，生產(chǎn)不能規模化和連續化。
離子或激光濺射法
另外還有離子或激光濺射法。此方法雖易于連續生產(chǎn)，但由于設備的原因限制了它的規模。
聚合反應合成
在碳納米管制備方法中，聚合反應合成法一般指利用模板復制擴增的方法。
碳納米管的一般制備過(guò)程與有機合成反映類(lèi)似，其副反應復雜多樣，很難保證同一爐碳納米管均為扶手椅式納米管或鋸齒形納米管。科學(xué)家發(fā)現，在強酸、超聲波作用下，碳納米管可以先斷裂為幾段，再在一定納米尺度催化劑顆粒作用下增殖延伸，而延伸后所得的碳納米管與模板的卷曲方式相同。
于是科學(xué)家設想，如果通過(guò)這種類(lèi)似于DNA擴增的方式對碳納米管進(jìn)行增殖，那么只需找到少量的扶手椅式納米管或鋸齒形納米管，便可在短時(shí)間內復制、擴增出數量幾百萬(wàn)倍于模板數量的、同類(lèi)型的碳納米管。這可能會(huì )成為制備高純度碳納米管的新方式。
健康影響
對水生生物的影響
2012年8月24日，美國密蘇里大學(xué)和美國地質(zhì)勘探局共同完成的研究顯示，碳納米管對某些水生生物是有毒的。碳納米管并不純是碳，用于其生產(chǎn)過(guò)程中的鎳、鉻和其他金屬會(huì )殘留下來(lái)成為雜質(zhì)。這些殘留的金屬和碳納米管能減緩某些種類(lèi)水生生物的生長(cháng)率甚至導致死亡。密蘇里大學(xué)鄧寶林教授表示，在碳納米管未來(lái)發(fā)展前景問(wèn)題上，必須慎重和有準備地進(jìn)行權衡。人們還沒(méi)有充分了解其對環(huán)境和人類(lèi)健康的影響，應防止它作為大規模生產(chǎn)材料進(jìn)入環(huán)境中。
應用前景
碳納米管可以制成透明導電的薄膜，用以代替ITO（氧化銦錫）作為觸摸屏的材料。先前的技術(shù)中，科學(xué)家利用粉狀的碳納米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃襯底上，但是這樣的技術(shù)至今沒(méi)有進(jìn)入量產(chǎn)階段；目前可成功量產(chǎn)的是利用超順排碳納米管技術(shù)；該技術(shù)是從一超順排碳納米管陣列中直接抽出薄膜，鋪在襯底上做成透明導電膜，就像從棉條中抽出紗線(xiàn)一樣。該技術(shù)的核心－超順排碳納米管陣列是由北京清華-富士康納米中心于2002年率先發(fā)現的新材料。
碳納米管觸摸屏首次于2007~2008年間成功被開(kāi)發(fā)出，并由天津富納源創(chuàng )公司于2011年產(chǎn)業(yè)化，至今已有多款智慧型手機上使用碳納米管材料制成的觸摸屏。與現有的氧化銦錫（ITO）觸摸屏不同之處在于：氧化銦錫含有稀有金屬“銦”，碳納米管觸摸屏的原料是甲烷、乙烯、乙炔等碳氫氣體，不受稀有礦產(chǎn)資源的限制；其次，鋪膜方法做出的碳納米管膜具有導電異向性，就像天然內置的圖形，不需要光刻、蝕刻和水洗的制程，節省大量水電的使用，較為環(huán)保節能。工程師更開(kāi)發(fā)出利用碳納米管導電異向性的定位技術(shù)，僅用一層碳納米管薄膜即可判斷觸摸點(diǎn)的X、Y座標；碳納米管觸摸屏還具有柔性、抗干擾、防水、耐敲擊與刮擦等特性，可以制做出曲面的觸摸屏，具有高度的潛力可應用于穿戴式裝置、智慧家俱等產(chǎn)品。
據物理學(xué)家組織網(wǎng)、英國廣播公司2013年9月26日報道，美國斯坦福大學(xué)的工程師在新一代電子設備領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，首次采用碳納米管建造出計算機原型，比基于硅芯片模式的計算機更小、更快且更節能。
瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院電氣工程學(xué)院主任喬瓦尼·德·米凱利教授強調了這一世界性成就的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)貢獻：首先，將基于碳納米管電路的制造過(guò)程落實(shí)到位。其次，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的電路，表明使用碳納米管計算是可行的。下一代芯片設計研究聯(lián)盟、伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校納雷什教授評價(jià)道，雖然碳納米管計算機可能還需要數年時(shí)間才趨于成熟，但這一突破已經(jīng)凸顯未來(lái)碳納米管半導體以產(chǎn)業(yè)規模生產(chǎn)的可能性。
氫氣被很多人視為未來(lái)的清潔能源。但是氫氣本身密度低，壓縮成液體儲存又十分不方便。碳納米管自身重量輕，具有中空的結構，可以作為儲存氫氣的優(yōu)良容器，儲存的氫氣密度甚至比液態(tài)或固態(tài)氫氣的密度還高。適當加熱，氫氣就可以慢慢釋放出來(lái)。研究人員正在試圖用碳納米管制作輕便的可攜帶式的儲氫容器。
在碳納米管的內部可以填充金屬、氧化物等物質(zhì)，這樣碳納米管可以作為模具，首先用金屬等物質(zhì)灌滿(mǎn)碳納米管，再把碳層腐蝕掉，就可以制備出最細的納米尺度的導線(xiàn)，或者全新的一維材料，在未來(lái)的分子電子學(xué)器件或納米電子學(xué)器件中得到應用。有些碳納米管本身還可以作為納米尺度的導線(xiàn)。這樣利用碳納米管或者相關(guān)技術(shù)制備的微型導線(xiàn)可以置于硅芯片上，用來(lái)生產(chǎn)更加復雜的電路。
利用碳納米管的性質(zhì)可以制作出很多性能優(yōu)異的復合材料。例如用碳納米管材料增強的塑料力學(xué)性能優(yōu)良、導電性好、耐腐蝕、屏蔽無(wú)線(xiàn)電波。使用水泥做基體的碳納米管復合材料耐沖擊性好、防靜電、耐磨損、穩定性高，不易對環(huán)境造成影響。碳納米管增強陶瓷復合材料強度高，抗沖擊性能好。碳納米管上由于存在五元環(huán)的缺陷，增強了反應活性，在高溫和其他物質(zhì)存在的條件下，碳納米管容易在端面處打開(kāi)，形成一個(gè)管子，極易被金屬浸潤、和金屬形成金屬基復合材料。這樣的材料強度高、模量高、耐高溫、熱膨脹系數小、抵抗熱變性能強。
碳納米管還給物理學(xué)家提供了研究毛細現象機理最細的毛細管，給化學(xué)家提供了進(jìn)行納米化學(xué)反應最細的試管。碳納米管上極小的微粒可以引起碳納米管在電流中的擺動(dòng)頻率發(fā)生變化，利用這一點(diǎn)，1999年，巴西和美國科學(xué)家發(fā)明了精度在10-17kg精度的“納米秤”，能夠稱(chēng)量單個(gè)病毒的質(zhì)量。隨后德國科學(xué)家研制出能稱(chēng)量單個(gè)原子的“納米秤”。
碳納米管分散劑介紹和使用建議
一、碳納米管分散技術(shù)三要素
二、分散劑用量推薦
三、碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述
四、超聲波分散設備使用建議及分散實(shí)例
五、研磨分散設備使用建議
碳納米管分散技術(shù)三要素：分散介質(zhì)、分散劑和分散設備
1、分散介質(zhì)
（1）根據粘度不同，分散介質(zhì)分為高粘度、中粘度和低粘度三種。在低粘度介質(zhì)中，如水和有機溶劑，碳納米管易于分散。中粘度介質(zhì)如液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、液態(tài)硅橡膠等，高粘度介質(zhì)如熔融態(tài)的塑料。
（2）此處介紹的碳納米管分散技術(shù)，針對中、低粘度分散介質(zhì)。
2、分散劑
（1）分散劑的選擇，與分散介質(zhì)的結構、極性、溶度參數等密切相關(guān)。
（2）分散劑的用量，與碳納米管比表面積和共價(jià)鍵修飾的功能基團有關(guān)。
（3）水性介質(zhì)中，推薦使用TNWDIS。強極性有機溶劑中，如醇、DMF、NMP，推薦使用TNADIS。中等極性有機溶劑如酯類(lèi)、液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂、液態(tài)硅橡膠，推薦使用TNEDIS 。
3、分散設備
（1）超聲波分散設備：非常適合實(shí)驗室規模、低粘度介質(zhì)分散碳納米管，用于中、高粘度介質(zhì)時(shí)會(huì )受到限制。
（2）研磨分散設備：適合大規模地分散碳納米管、中粘度介質(zhì)分散碳納米管。
（3）采用“先研磨分散、后超聲波分散”組合方法，可以高效、穩定地分散碳納米管
分散劑用量推薦。
1、碳納米管比表面積與分散劑用量
我們試劑級碳納米管分為單壁管（外徑<2nm）和多壁管。多壁管根據外徑不同，分為T(mén)NM1（外徑50nm）。隨著(zhù)外徑的增加，碳納米管的比表面積減小
TNWDIS推薦用量：?jiǎn)伪诠苤亓康?.5倍， TNM1 重量的1.0倍， TNM8 重量的0.2倍。其余用量參考調整
2、碳納米管功能化與分散劑用量
功能化后的碳納米管，更容易在水中分散。通常，碳納米管羧基功能化后，分散劑的用量可以減少50%
TNWDIS推薦用量：羧基化單壁管重量的1.5-1.8倍，羧基化TNM1 重量的0.5倍，羧基化TNM8 重量的0.1倍
3、對于TNADIS， TNM8 的推薦用量是重量的0.2倍。對于TNEDIS, TNM8 的推薦用量是重量的0.8倍
其余碳納米管分散劑用量可以參照調整
碳納米管水分散劑（TNWDIS）概述
2、含有芳香基團，特別適合制備碳納米管水分散液。芳香基團與碳納米管管壁親和性好，易于吸附在管壁
3、性能指標
活性物質(zhì)含量：90%
水 分 含 量：10%
濁 點(diǎn)：68-70℃
碳納米管水分散劑（TNWDIS）結構
文獻報道分散CNTs常用的三種表面活性劑
超聲波分散設備使用建議
1、超聲波粉碎機（tip型）和超聲波清洗機（bath型）都可以用于碳納米管分散
2、超聲波粉碎機發(fā)出的超聲波能量密度高（能量集中于變幅桿上而不是一個(gè)平面上）、頻率低，更適合碳納米管的分散。根據碳納米管分散液的量，選擇合適的超聲波粉碎機功率和變幅桿直徑
超聲波粉碎機制備分散液實(shí)例
1、目標：制備100g多壁碳納米管TNM8 水分散液，碳納米管含量 2%
2、主要設備
（1）Scientz-ⅡD型超聲波細胞粉碎機(國產(chǎn)) 。所用超聲變幅桿為Φ6，輸出功率選擇為60%，超聲開(kāi)時(shí)間為3s，超聲關(guān)時(shí)間也為3s，超聲總時(shí)間設置為5min
（2）SC-3614型低速離心機 (國產(chǎn) )
（3）HCT-1微機差熱天平（國產(chǎn)）
操作步驟（1）
1、將0.40g分散劑TNWDIS 溶解于97.60g去離子水中。室溫下TNWDIS 溶解度小，可用水浴加熱輔助其溶解，但使用溫度不可超過(guò)其濁點(diǎn)溫度
2、加入2.00g碳納米管，攪拌，使碳納米管被分散劑水溶液完全潤濕，而不是漂浮在水面上
3、開(kāi)始超聲。超聲過(guò)程中，分散液會(huì )發(fā)熱、起泡，因此建議超聲5min后，可將分散液取出靜置于冰水中冷卻、消泡，再繼續超聲
4、分散程度觀(guān)察。用玻璃棒沾取少量分散液滴加至清水中，觀(guān)察稀釋狀態(tài)。分散好的碳納米管，猶如一滴墨水落入水中，在水中迅速均勻擴散開(kāi)，而未分散好的碳納米管，在水中會(huì )有黑色顆粒出現。累計超聲總時(shí)間為30min（即5min×6次）
5、超聲結束后，將分散液離心沉降，去除未分散開(kāi)的團聚粒子。離心速率為2000r/min，離心時(shí)間為30min。經(jīng)過(guò)離心，分散液可以穩定放置半年以上
6、離心結束后，將上層液體過(guò)300目濾布，得到最終的碳納米管分散液。烘干下層沉淀至恒重，記為G2。對沉淀進(jìn)行熱重分析，定義450℃時(shí)的熱失重率f（%）為沉淀中分散劑含量
7、分散液中碳納米管的實(shí)際含量（%）=2.00-（1-f）× G2
研磨分散設備使用建議
3.水介質(zhì)砂磨過(guò)程中，需要添加消泡劑來(lái)減少泡沫對分散效果的影響
發(fā)展史
在1991年日本NEC公司基礎研究實(shí)驗室的電子顯微鏡專(zhuān)家飯島（Lijima）在高分辨透射電子顯微鏡下檢驗石墨電弧設備中產(chǎn)生的球狀碳分子時(shí)，意外發(fā)現了由管狀的同軸納米管組成的碳分子，這就是現在被稱(chēng)作的“Carbon nanotube”，即碳納米管，又名巴基管。
1993年，S. Lijima等和D. S. Bethune等同時(shí)報道了采用電弧法，在石墨電極中添加一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層管壁的碳納米管，即單壁碳納米管產(chǎn)物。
1997年，A. C. Dillon等報道了單壁碳納米管的中空管可儲存和穩定氫分子，引起廣泛的關(guān)注。相關(guān)的實(shí)驗研究和理論計算也相繼展開(kāi)。據推測，單壁碳納米管的儲氫量可達10%（質(zhì)量比）。此外，碳納米管還可以用來(lái)儲存甲烷等其他氣體。
碳納米管是無(wú)法用于儲氫的，主要問(wèn)題有兩個(gè)：一是假如作為容器進(jìn)行儲氫，則無(wú)法對其進(jìn)行可控的封閉和開(kāi)啟；二是假如用于氫氣吸附，則其吸附率不超過(guò)1%（質(zhì)量分數）。1999年《SCIENCE》上有篇牛論"High H2uptake by alkali-doped carbon nanotubes under ambient pressure and moderate temperatures"說(shuō)可以用Li-doped CNT吸附高達20%的氫氣，第二年就被Ralph Yang給駁斥"Hydrogen storage by alkali-doped carbon nanotubes-revised"說(shuō)吸附的根本都是水。另一篇1997年《NATURE》上的牛論"Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes"更被大家批駁得體無(wú)完膚。在進(jìn)行了十幾年的研究后，最終NSF、DOE和GM得出結論說(shuō)用碳納米管來(lái)儲氫就是癡人說(shuō)夢(mèng)。它就不是用來(lái)干這個(gè)的，拜托大家還是饒了它吧。
能否控制單壁碳納米管的生長(cháng)？近二十余年來(lái)一直困擾著(zhù)碳納米管研究領(lǐng)域的科學(xué)家們，能否找到控制方法也成為碳納米管應用的瓶頸。日前，這道世界性難題被北京大學(xué)李彥教授研究團隊攻克，該團隊在全球首次提出單壁碳納米管生長(cháng)規律的控制方法，研究成果已于2014年6月26日發(fā)表在國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。
潛在的環(huán)境風(fēng)險
碳納米管由于其巨大的表面積和表面疏水性，對共存污染物尤其是有機污染物具有很強的吸附能力。碳納米管對污染物的吸附不僅會(huì )改變污染物的環(huán)境行為，也會(huì )影響自身的環(huán)境行為。因此，由于工程上的大量應用而導致廣泛存在于環(huán)境中的碳納米管的環(huán)境風(fēng)險應當被關(guān)注。
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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