纳米碳材料

纳米碳材料纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。简介近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状纳米碳材料、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。碳元素是自然界中存在的与人类最密切相关、最重要的元素之一，它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性。因此以碳元素为唯一构成元素的碳素材料具有各式各样的性质，并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得。事实上，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完全不同的物质。表1给出了碳的化学键合及其形成的各种典型有机物、无机物和碳相的例子。表1碳的化学键合及其形成的化合物和碳相键合方式共价键离子键金属键范德华力分子键合Sp杂化SP2杂化SP3杂化SpSP2SP3杂化混合配位数234不定6、8、12平均C－C距离（mm）0.1210.1330.1420.1540.1190.1240.335结合能kj/mol463520典型例有机物或无机物乙炔（C2H2）乙炔（C2H4）苯（C6H6）金刚烷（C10H16）环十二烷（C12H18）（CF）n、SiC、B4CCaC2Fe3CAl4C3分子性层间化合物（C8K等）已确定碳相（聚炔累积烯烃卡宾（六方晶棱面体晶C60）石墨（面内）（立方晶、六方晶）n-金刚石金刚石过渡态（各种碳材料）C60石墨（层间）尚未明确的碳相C2～C20碳分子1－石墨3d－sp2bct－4聚苯6H－金刚石BC－8碳苯（carbophene）石墨炔类（graphynes）Sc、bcc、fccβ-tinhcp