碳纳米管（CNTs）的性能介绍

  碳纳米管的独特结构决定了它在力学、电学、光学等方面都具有优良的性能(表1-1)。

力学性能

  碳纳米管具有良好的机械性能,初步估计,纳米管的强度大概是钢的100倍。同时碳纳米管作为一维分子材料重量非常轻，六边形结构完美的连接，比碳纤维缺陷少得多，其强度也非常高，弹性模量高，同时具有纳米级直径和微米级长度，长径比可达100-1000，以及SP2和SP3杂化几率不同而表现出的优良的弹性，是一种绝好的纤维材料，并且其性能优于当前任何纤维。用1%的碳纳米管的添加量，复合材料的弹性模量一般可以提高到36%-42%，拉伸强度提高25%。采用传统的碳纤维作增强材料，要得到相同的增强效果需要10%的添加量。在各向同性石油沥青中添加5%的SWNTs，制备SWNTs复合材料碳纤维，结果发现，与未添加SWNTs的相比，其拉伸强度、模量分别提高90%和 150%，这为制备超常弯曲、模量、强度的新型碳纤维提供了新的方法。

电学性能

  碳纳米管是由石墨演化而来，因而仍有大量未成对电子沿管壁游动，按常理而言，碳纳米管应该具有理想的导电性。事实上，碳纳米管既具有金属导电性，也具有半导体性能。这主要与它的直径及螺旋结构有关。直径与螺旋结构主要由于手性矢量(n，m)所决定，n和m为整数。当然，由于某些特别的缺陷也可能导致同一碳纳米管既具有金属的性质，又具有半导体的性质。碳纳米管具有许多优良的物理性能。其导电性与碳纳米管的几何尺寸有关:如与直径有关，不同的直径存在导体、半导体之分;与螺旋角有关，随螺旋角的不同存在导体、半导体、绝缘体三种状态;与层间作用力也有关，可以利用这些性质制作分子级开关、半导体器件等。此外，也有研究人员希望用碳纳米管作为储存的中间媒体，例如氢燃料电池和液体电解质电池的储存媒体等。

碳纳米管作为导体，其导电性优于铜，而且碳纳米管有高的热稳定性及高的本征迁移率，其特殊的分子结构可用作记忆元件的电容等。另外，人们测定了制备的PMMAMWNTs的导电性能。发现当碳纳米管加入5%时，体积电阻率和表面电阻率分别降低3个和近4个数量级。对制备的PMPV/碳纳米管复合材料的导电性的研究结果表明，这种复合材料的导电性比PMPV增大8-10个数量级，并能提高发光二极管在空气中的稳定性。

光学性能

  很多学者对单壁碳纳米管本身的光学性能进行了研究,发现单壁碳纳米管的光致发光谱线存在多个强峰，峰值波长与单壁碳纳米管的直径和手性有关。发现激发光的波长强烈的影响着单璧碳纳米管的发光强度，但这种光学性能是非线性的，研究显示当激发光波长在800-900nm时，单壁碳纳米管的发光强度大。现在对单壁碳纳米管的荧光效应和光致发光效应的研究上已取得了不少成果，总体来看研究的对象主要集中在单根单壁碳纳米管上。由于碳纳米管之间相互影响单壁碳纳米管管束在固态下不会产生荧光现象，必须分散到表面活性剂中进行研究，而且很多人发现用可见近红外激光激发时碳纳米管的发光波长峰值集中在近红外区,即使高能量的光子入射后也转变为低能量的光子释放出来。随着**的能源的短缺，太阳能的应用的引起人们重视，而定向碳纳米管薄膜的太阳能吸收特性也得到广泛的研究，实验发现100um定向碳纳米管薄膜的太阳光吸收比可达99%，随着成本的降低和碳纳米管排列的技术的日渐成熟，碳纳米管将在太阳能领域有着广泛的应用前景。

热学性能

  碳纳米管和石墨、金刚石一样，都是良好的导热体。分子动力学模拟结果表明:由于碳纳米管导热系统具有较大的平均声子自由程，其轴向导热系数高达6600W/(m·K)，与单层石墨基面的导热率相当，为自然界已知材料中很好的，可用于电子设备中的**率散热材料。

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