接枝共聚物碳納米管的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)
化學(xué)先生 / 2019-09-30
自1991年lijima發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，碳納米管就因?yàn)槠洫?dú)特的結(jié)構(gòu)、良好的電性能和力學(xué)性能而成為近年來研究的熱點(diǎn)。
碳納米管具有納來級直徑及微米級長度， 結(jié)構(gòu)上可以看作是單層或多層二維石墨烯片層卷積面得到的管狀物，其理想結(jié)構(gòu)是六邊形碳原子網(wǎng)格國成的無縫、中空管體，兩端由半圓形的大富勒烯分子罩住。根據(jù)管壁包含碳原子層數(shù)的不同，可將其分為多壁納米碳管(MWNT,管壁由二到數(shù)十個碳原子層組成)和單壁納米碳管(SWNT)。MWNT由兒個同軸圓柱體構(gòu)成，層間距近似等于石墨層間距(0. 34nm)。MWNT的直徑和長度分別為2~30nm和0.1~ 50μm. SWNT只有一層圓柱體，直徑和長度分別為1~2nm和1~50μm。兩種碳納米管都具有很高的長徑比，一股為100～1000.最高可達(dá)10000.圖8-26為碳納米管的形狀和結(jié)構(gòu)示意。
碳納米管的管壁由碳的六元環(huán)構(gòu)成。每個六元環(huán)中的碳原子都以sp2雜化為主，每個鎮(zhèn)原子又都以sp2雜化軌道與相鄰六元環(huán)上的碳原子的sp2雜化軌道相互重疊形成堿σ鍵，由于形成空間結(jié)構(gòu)，sp2 雜化軌道發(fā)生變形，形成介于sp2和sp3的sp2.38 的雜化結(jié)構(gòu)。此外，每個碳原子還有一個剩余的軌道，這些p軌道上的電子形成商度離城的大π-鍵。這種非平面的π-電子結(jié)構(gòu)芳香性較小，因面具有-定的反應(yīng)活性。
碳納米管的結(jié)構(gòu)十分完美，因此機(jī)械強(qiáng)度極高，具有理想的彈性模量，是種絕好的纖維材料，其性能優(yōu)于當(dāng)前任何纖維.因此可以作為超級纖維用于高級復(fù)合材料的增強(qiáng)材料;由于碳納米管把石墨的半金屬性質(zhì)與能級和電子波的量子規(guī)律結(jié)合起來，井且具有納米級的尺度，故使得它在電子學(xué)領(lǐng)城的應(yīng)用前景也非常廣闊:碳納米管的巨大的比表面積和具有的孔原結(jié)構(gòu)可吸附大量的氨氣，因此碳納米管作為最好的儲氫材料也成了研究的焦點(diǎn)；由于碳納米管獨(dú)特的孔腔結(jié)構(gòu)和吸附性能，因此可用來作為催化劑的載體。最大限度提高催化劑的催化作用，在催化方面也已經(jīng)顯現(xiàn)出了良好的應(yīng)用前景。
但在將碳納米管用作材料使用時卻發(fā)生了一定的困難。由于碳納米管具有巨大的比表面積和表面能，故其很容易團(tuán)聚，因此至今尚未找到能使其溶解的合適溶劑。通過化學(xué)修飾可以改變碳納米管表面的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改變或改善碳納米管在某些海州成其他高分子材料中的分股性。采用接校聚合對碳納米管進(jìn)行化學(xué)修飾是目前最常用的手段。
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