第二章 納米材料結(jié)構(gòu)與物理化學(xué)特性

教學(xué)目的：講授納米微粒的物理化學(xué)特性及碳納米管重點(diǎn)內(nèi)容：納米材料的分類(lèi)納米材料與傳統(tǒng)材料的主要差別物理特性：熱學(xué)性能，磁學(xué)性能，光學(xué)性能，電學(xué)性能，表面活性及敏感特性，光催化性能，力學(xué)性能富勒烯、碳納米管的發(fā)現(xiàn)，性質(zhì)及應(yīng)用難點(diǎn)內(nèi)容：物理特性第二章納米微粒的物理化學(xué)特性

1主要英文詞匯：Cluster,nanoparticle,quantumdot,one-dimensionalnanomaterials,nanorod,nanowire,nanotube,nanofiber,nanocable,nanospring，nanobelt,nanoribbon，nanoneedle22.1.1納米材料的分類(lèi)按維數(shù)分類(lèi)

根據(jù)維數(shù)，納米材料可分為零維納米材料、一維納米材料、二維納米材料、

三維納米塊體材料納米孔材料。3空間三維尺度都在納米尺度（1～100nm）范圍內(nèi)，即納米顆粒。

1.零維納米材料原子團(tuán)簇納米微粒C60富勒烯4567李亞棟Nature200589102.一維納米材料空間三維尺度中有兩維在納米尺度（1～100nm）范圍內(nèi)，包括納米棒、納米管、納米線和原子線等。碳納米管納米棒Si納米線碳原子線11一維納米材料----納米棒、納米帶和納米線一維納米材料是指在兩維方向上為納米尺度，長(zhǎng)度比上述兩維方向上的尺度大很多，甚至為宏觀量的新型納米材料。納米棒、納米管、納米線、納米帶同軸納米電纜12納米棒：縱橫比(長(zhǎng)度與直徑的比率)小，截面一般為圓形。一般小于20。納米線：縱橫比大，截面為一般為圓形。半導(dǎo)體和金屬納米線通常稱(chēng)為量子線納米帶其截面為長(zhǎng)方形。同軸納米電纜：芯部為半導(dǎo)體或?qū)w的納米線，外包異質(zhì)納米殼體（半導(dǎo)體或?qū)w），外部的殼體和芯部線是同軸的。131415161718FieldemissionpropertyimprovementofZnOnanowirescoatedwithamorphouscarbonandcarbonnitridefilmsNanotechnology16(2005)985–989193.二維納米材料空間三維尺度中有一維在納米尺度（1～100nm）范圍內(nèi)，包括納米薄膜、納米涂層和超晶格等。納米多孔薄膜超晶格20量子線：是指載流子僅在一個(gè)方向上可以自由運(yùn)動(dòng)，而在另外兩個(gè)方向上則受到約束。也叫一維量子線。量子點(diǎn)：是指載流子在三個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)都要受到約束的材料體系，即電子在三個(gè)維度上的能量都是量子化的。也叫零維量子點(diǎn)。21因?yàn)榧{米單元往往具有量子性質(zhì)，所以對(duì)零維、一維和二維的基本單元分別又有量子點(diǎn)、量子線和量子阱之稱(chēng)。量子阱：是指載流子在兩個(gè)方向（如在X,Y平面內(nèi)）上可以自由運(yùn)動(dòng)，而在另外一個(gè)方向（Z）則受到約束，即材料在這個(gè)方向上的特征尺寸與電子的德布羅意波長(zhǎng)或電子的平均自由程相比擬或更小。有時(shí)也稱(chēng)為二維超晶格。2－D量子阱225.納米孔材料（孔徑為納米級(jí)）MCM-41;SBA-16;Nanoporoussilicon;ActivatedcarbonsMCM-41234.體相納米材料（由納米材料組裝而成）晶粒尺寸在納米尺度（1～100nm）范圍的塊狀材料。246,9,20,26nmSBA-1625按化學(xué)成分分類(lèi)

根據(jù)化學(xué)成分，納米材料可分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷和納米高分子。2.1.2納米晶粒納米陶瓷納米Al顆粒高分子262.1.2按物性分類(lèi)

根據(jù)物性，納米材料可分為納米半導(dǎo)體材料、納米熱電材料、納米磁性材料、納米非線性光學(xué)材料、納米鐵磁材料、納米超導(dǎo)體材料。納米磁性材料納米非線性材料磁疇反射率很小272.1.2按應(yīng)用分類(lèi)

根據(jù)應(yīng)用，納米材料可分為納米電子材料、納米光電子材料、納米生物醫(yī)用材料、納米敏感材料和納米蓄能材料。納米電子材料舉例28納米醫(yī)用材料（舉例）功能化的醫(yī)用納米碳管加拿大多倫多一家公司設(shè)計(jì)研制了一種針對(duì)艾滋病的新藥，該藥的一個(gè)重要組成部分是由60個(gè)碳原子組成的碳納米球。這個(gè)碳納米球的形狀和大小使它能夠很好地與被艾滋病毒感染過(guò)的細(xì)胞結(jié)合，從而把相應(yīng)的藥物傳達(dá)至被感染的細(xì)胞。有關(guān)藥物在動(dòng)物試驗(yàn)中已經(jīng)取得良好效果，一旦獲得有關(guān)部門(mén)批準(zhǔn)，馬上就進(jìn)行人體試驗(yàn)。29納米儲(chǔ)能材料（舉例）能儲(chǔ)氫的納米碳管（儲(chǔ)氫率10％，按重量）30納米材料與傳統(tǒng)材料的主要差別：第一、這種材料至少有一個(gè)方向是在納米的數(shù)量級(jí)上。比如說(shuō)納米尺度的顆粒，或者是分子膜的厚度在納米尺度范圍內(nèi)。尺寸第二、由于量子效應(yīng)、界面效應(yīng)、表面效應(yīng)等，使材料在物理和化學(xué)上表現(xiàn)出奇異現(xiàn)象。比如物體的強(qiáng)度、韌性、比熱、導(dǎo)電率、擴(kuò)散率等完全不同于或大大優(yōu)于常規(guī)的體相材料。性能31§2.2納米微粒的物理特性納米微粒具有大的比表面積，表面原子數(shù)、表面能和表面張力隨粒徑的下降急劇增加，小尺寸效應(yīng)，表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等導(dǎo)致納米微粒的熱、磁、光敏感特性和表面穩(wěn)定性等不同于常規(guī)粒子，這就使得它具有廣闊應(yīng)用前景。

32§2.2.1熱學(xué)性能納米材料是指晶粒尺寸在納米數(shù)量級(jí)的多晶體材料，具有很高比例的內(nèi)界面(包括晶界、相界等)。由于界面原子的振動(dòng)焓、熵和組態(tài)焓、熵明顯不同于點(diǎn)陣原子，使納米材料表現(xiàn)出一系列與普通多晶體材料明顯不同的熱學(xué)特性，如比熱容升高、熱膨脹系數(shù)增大、熔點(diǎn)降低等。納米材料的這些熱學(xué)性質(zhì)與其晶粒尺寸直接相關(guān)。33納米微粒的粒徑與熔點(diǎn)的關(guān)系對(duì)于一個(gè)給定的材料來(lái)說(shuō)，熔點(diǎn)是指固態(tài)和液態(tài)間的轉(zhuǎn)變溫度。當(dāng)高于此溫度時(shí)，固體的晶體結(jié)構(gòu)消失，取而代之的是液相中不規(guī)則的原子排列。1954年，M.Takagi首次發(fā)現(xiàn)納米粒子的熔點(diǎn)低于其相應(yīng)塊體材料的熔點(diǎn)。從那時(shí)起，不同的實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了不同的納米晶都具有這種效應(yīng)。34(1)熔點(diǎn)和開(kāi)始燒結(jié)溫度比常規(guī)粉體的低得多。大塊鉛的熔點(diǎn)327℃，20nm納米Pb39℃.納米銅(40nm)的熔點(diǎn)，由1053℃(體相)變?yōu)?50℃。塊狀金熔點(diǎn)1064℃，10nm時(shí)1037℃；2nm時(shí)，327℃；銀塊熔點(diǎn)，960℃；納米銀(2-3nm)，低于100℃。

用于低溫焊接(焊接塑料部件)。手握金湯“真金為何也怕火煉”35Wronski計(jì)算出Au微粒的粒徑與熔點(diǎn)的關(guān)系，如圖所示。圖中看出，超細(xì)顆粒的熔點(diǎn)隨著粒徑的減小而下降。當(dāng)粒徑小于10nm時(shí)，熔點(diǎn)急劇下降。其中3nm左右的金微粒子的熔點(diǎn)只有其塊體材料熔點(diǎn)的一半。36熔點(diǎn)下降的原因：由于顆粒小，納米微粒的表面能高、表面原子數(shù)多，這些表面原子近鄰配位不全，活性大(為原子運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力)，納米粒子熔化時(shí)所需增加的內(nèi)能小，這就使得納米微粒熔點(diǎn)急劇下降。超細(xì)顆粒的熔點(diǎn)下降，對(duì)粉末冶金工業(yè)具有一定吸引力。37表面與界面效應(yīng)粒子尺寸減小，表面或界面的原子數(shù)必然增多，粒子的表面能級(jí)、表面張力增加，從而導(dǎo)致粒子表面活性增高；表面原子輸送和構(gòu)型發(fā)生變化，出現(xiàn)了剩余的不飽和化學(xué)鍵，表面電子自旋構(gòu)象和電子能譜發(fā)生變化，使粒子產(chǎn)生較高催化活性。38粒子尺寸減小，表面或界面的原子數(shù)必然增多39如，金屬的納米顆粒在空氣中會(huì)燃燒，無(wú)機(jī)的納米顆粒暴露在空氣中會(huì)吸附氣體并與氣體進(jìn)行反應(yīng)都是因?yàn)檫@些納米顆粒的表面活性高的原因。金屬納米顆粒在空氣中自燃粒子尺寸減小，粒子表面活性增高視屏40§2.2.2光學(xué)性能(1)寬頻帶強(qiáng)吸收當(dāng)黃金被細(xì)分到小于光波波長(zhǎng)的尺寸時(shí)，便失去了原有的富貴光澤而呈黑色。事實(shí)上，所有的金屬在超微顆粒狀態(tài)都呈現(xiàn)為黑色。尺寸越小，顏色愈黑，銀白色的鉑（白金）變成鉑黑，金屬鉻變成鉻黑。41光與物質(zhì)相互作用，除吸收外，還有散射作用，微粒對(duì)光波的散射與波長(zhǎng)的四次方成反比，因此天空成藍(lán)色。金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀趌％，大約幾微米的厚度就能完全消光。利用這個(gè)特性可以高效率地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、電能。還可能應(yīng)用于紅外敏感元件、紅外隱身技術(shù)等。42F-117A戰(zhàn)斗機(jī)和B-2轟炸機(jī)納米隱身飛機(jī)

在飛機(jī)外表面涂上納米超微粒材料,可以有效吸收雷達(dá)波,這就是隱身飛機(jī)。43襲殺本拉登使用隱形變種黑鷹

這位退役飛行員表示，為了匿蹤，直升機(jī)的擋風(fēng)玻璃必須有特殊涂料，會(huì)影響飛行員的視線。尤其這次在夜間執(zhí)行任務(wù)，飛行員戴著夜視鏡，負(fù)擔(dān)尤其沉重。44為什么士兵突擊中一個(gè)雞蛋就暴露了陣地位置呢?

45(2)藍(lán)移和紅移現(xiàn)象A藍(lán)移與大塊材料相比，納米微粒的吸收帶普遍存在“藍(lán)移”現(xiàn)象，即吸收帶移向短波長(zhǎng)方向。例如：納米SiC顆粒和大塊固體的峰值紅外吸收頻率分別是814cm-1和794cm-1。藍(lán)移了20cm-1。納米Si3N4顆粒和大塊固體的峰值紅外吸收頻率分別是949cm-1和935cm-1，藍(lán)移了14cm-1。46由圖看出，隨著微粒尺寸的變小而有明顯的藍(lán)移。CdS溶膠顆粒在不同尺寸下的紫外吸收光譜

47納米微粒吸收帶“藍(lán)移”的解釋?zhuān)阂弧⒘孔映叽缧?yīng)由于顆粒尺寸下降能隙變寬，這就導(dǎo)致光吸收帶移向短波方向。Ball等對(duì)這種藍(lán)移現(xiàn)象給出了普適性的解釋?zhuān)阂驯浑娮诱紦?jù)分子軌道能級(jí)與未被占據(jù)分子軌道能級(jí)之間的寬度(能隙)隨顆粒直徑減小而增大，這是產(chǎn)生藍(lán)移的根本原因，這種解釋對(duì)半導(dǎo)體和絕緣體都適用。48B紅移在一些情況下，粒徑減小至納米級(jí)時(shí)光吸收帶相對(duì)粗晶材料呈現(xiàn)“紅移”現(xiàn)象。即吸收帶移向長(zhǎng)波長(zhǎng)。例如，在200~1400nm波長(zhǎng)范圍，單晶NiO呈現(xiàn)八個(gè)光吸收帶。蜂位分別為3.52，3.25．2.95，2.75，2.15，1.95，1.75和1.13eV，納米NiO(粒徑在54~84nm范圍)不出現(xiàn)3.52eV的吸收帶，其他7個(gè)帶的蜂位分別為3.30，2.99，2.78，2.25，1.92，1.72和1.03eV，很明顯，前4個(gè)光吸收帶相對(duì)單晶的吸收帶發(fā)生藍(lán)移，后3個(gè)光吸收帶發(fā)生紅移。49吸收光譜的紅移現(xiàn)象的原因由于表面或界面效應(yīng)，引起納米微粒的表面張力增大，使發(fā)光粒子所處的環(huán)境變化致使粒子的能級(jí)改變，帶隙變窄所引起的。50(4)納米微粒的發(fā)光光致發(fā)光是指在一定波長(zhǎng)光照射下被激發(fā)到高能級(jí)激發(fā)態(tài)的電子重新躍回到低能級(jí)被空穴俘獲而發(fā)射出光子的現(xiàn)象。電子躍遷可分為：非輻射躍遷和輻射躍遷。通常當(dāng)能級(jí)間距很小時(shí)，電子躍遷通過(guò)非輻射躍遷過(guò)程發(fā)射聲子，此時(shí)不發(fā)光。而只有當(dāng)能級(jí)間距較大時(shí)，才有可能實(shí)現(xiàn)輻射躍遷，發(fā)射光子。能級(jí)躍遷自發(fā)輻射E2E151當(dāng)納米微粒的尺寸小到一定值時(shí)可在一定波長(zhǎng)的光激發(fā)下發(fā)光。1990年。日本佳能研究中心的Tabagi等發(fā)現(xiàn)，粒徑小于6nm的硅在室溫下可以發(fā)射可見(jiàn)光。圖所示的為室溫下，紫外光激發(fā)引起的納米硅的發(fā)光譜。藍(lán)移525354可以看出，隨粒徑減小，發(fā)射帶強(qiáng)度增強(qiáng)并移向短波方向。當(dāng)粒徑大于6nm時(shí)，這種光發(fā)射現(xiàn)象消失。Tabagi認(rèn)為，硅納米微粒的發(fā)光是載流子的量子限域效應(yīng)引起的。Brus認(rèn)為，大塊硅不發(fā)光是它的結(jié)構(gòu)存在平移對(duì)稱(chēng)性，由平移對(duì)稱(chēng)性產(chǎn)生的選擇定則使得大尺寸硅不可能發(fā)光，當(dāng)硅粒徑小到某一程度時(shí)(6nm)，平移對(duì)稱(chēng)性消失，因此出現(xiàn)發(fā)光現(xiàn)象。

55摻入CdSexS1-x納米顆粒的玻璃在530nm光激發(fā)下，當(dāng)顆粒尺寸小至5nm時(shí)，會(huì)出現(xiàn)激子發(fā)射峰。550nm吸收和發(fā)射摻雜能級(jí)56分散在乙二醇里的CdS納米粒子的發(fā)射光譜，激發(fā)波長(zhǎng)為310nm固相CdS納米粒子的發(fā)射光譜，激發(fā)波長(zhǎng)為345nmA,B,C,D粒徑減小，發(fā)生藍(lán)移57583.特殊的磁學(xué)性質(zhì)人們發(fā)現(xiàn)鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趨磁細(xì)菌等生物體中存在超微的磁性顆粒，使這類(lèi)生物在地磁場(chǎng)導(dǎo)航下能辨別方向，具有回歸的本領(lǐng)。當(dāng)顆粒尺寸減小到2*10-2微米以下時(shí)，其矯頑力可增加1千倍，若進(jìn)一步減小其尺寸，大約小于6*10-3微米時(shí)，其矯頑力反而降低到零，呈現(xiàn)出超順磁性。利用磁性超微顆粒具有高矯頑力的特性，已作成高貯存密度的磁記錄磁粉，大量應(yīng)用于磁帶、磁盤(pán)及磁卡中。利用超順磁性，已將磁性超微顆粒制成用途廣泛的磁性液體。593.特殊的磁學(xué)性質(zhì)

60“橫行霸道”為什么螃蟹要橫著走?

地磁場(chǎng)說(shuō)

614.

特殊的力學(xué)性質(zhì)由于納米材料粒度非常微小,具有良好的表面效應(yīng),1克納米材料的表面積達(dá)到幾百平方米。因此,用納米材料制成的產(chǎn)品其強(qiáng)度、柔韌度、延展性都十分優(yōu)越，就象一種有千萬(wàn)對(duì)腳的毛毛蟲(chóng)，當(dāng)它吸附在光滑的玻璃面上時(shí)，由于接觸面積大，12級(jí)臺(tái)風(fēng)有也吹不掉它。陶瓷材料在通常情況下呈脆性，陶瓷茶壺一摔就碎，然而由納米超微顆粒壓制成的納米陶瓷材料，竟然可以象彈簧一樣具有良好的韌性。研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬---陶瓷等復(fù)合納米材料，其應(yīng)用前景十分寬廣。62“剛?cè)岵?jì)”

納米陶瓷材料能夠彎曲180度就是一個(gè)典型的例子。由于陶瓷材料具有堅(jiān)硬、耐高溫等優(yōu)良特性，工業(yè)界一直認(rèn)為陶瓷是未來(lái)汽車(chē)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的理想材料。納米陶瓷63研究表明，人的牙齒之所以具有很高的強(qiáng)度，是因?yàn)樗怯闪姿徕}等納米材料構(gòu)成的。呈納米晶粒的金屬要比傳統(tǒng)的粗晶粒金屬硬3～5倍。至于金屬---陶瓷等復(fù)合納米材料，其應(yīng)用前景十分寬廣?！叭梭w中的納米材料”645.特殊的電學(xué)性質(zhì)由于顆粒內(nèi)的電子運(yùn)動(dòng)受到限制，電子能量被量子化了。結(jié)果表現(xiàn)為當(dāng)在金屬顆粒的兩端加上合適電壓時(shí)，金屬顆粒導(dǎo)電；而電壓不合適時(shí)金屬顆粒不導(dǎo)電。原來(lái)是導(dǎo)體的銅等金屬，在尺寸減少到幾個(gè)納米時(shí)就不導(dǎo)電了；而絕緣的二氧化硅等，電阻會(huì)大大下降，失去絕緣特性，變得能導(dǎo)電了。還有一種奇怪的現(xiàn)象，當(dāng)金屬納米顆粒從外電路得到一個(gè)額外的電子時(shí)，金屬顆粒具有了負(fù)電性，它的庫(kù)侖力足以排斥下一個(gè)電子從外電路進(jìn)入金屬顆粒內(nèi)，從而切斷了電流的連續(xù)性。這就使得人們想到是否可以發(fā)展用一個(gè)電子來(lái)控制的電子器件，即所謂的單電子器件。單電子器件的尺寸很小，把它們集成起來(lái)做成計(jì)算機(jī)芯片其容量和計(jì)算速度不知要提高多少倍。656.光催化性質(zhì)概括說(shuō)來(lái)，就是光觸媒在外界可見(jiàn)光的作用下發(fā)生催化作用。光催化一般是多種相態(tài)之間的催化反應(yīng)。光觸媒在光照條件（可以是不同波長(zhǎng)的光照）下所起到催化作用的化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱(chēng)為光反應(yīng)。66光合作用也可以看作光催化視屏6768其中，光催化分解反應(yīng)機(jī)理如下：69常見(jiàn)的光催化材料金屬硫化物在水溶液中不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極光腐蝕，且有毒！鐵的氧化物會(huì)發(fā)生陰極光腐蝕ZnO在水中不穩(wěn)定，會(huì)在粒子表面生成Zn(OH)270光催化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域7172光催化循環(huán)水處理系統(tǒng)73萬(wàn)利達(dá)車(chē)用空氣凈化器KJ-100

74納米光催化空氣消毒反應(yīng)器納米光催化空氣消毒裝置加載特點(diǎn)：1.高度消毒2.高效清除化學(xué)污染。3.消毒材料無(wú)需更換。4.為使用單位節(jié)約巨額能源消耗經(jīng)費(fèi)。5.進(jìn)行空氣消毒時(shí)，可以人機(jī)同在。不帶有任何對(duì)空氣造成其他再污染的物質(zhì)。而且，該過(guò)程中，納米TiO2沒(méi)有任何消耗，所以，不需要對(duì)消毒材料進(jìn)行更換。

75冰箱洗衣機(jī)之“納米”非“納米”

納米技術(shù)被隨意解釋

宣傳大玩文字游戲

專(zhuān)家質(zhì)疑納米電器

76我眼中的納米世界-李正孝北京大學(xué)教授視屏（49分鐘）772.3、碳納米管及應(yīng)用現(xiàn)狀78引言碳元素家族成員碳元素?zé)o定形碳晶形碳石墨富勒碳金剛石巴基球（以C60為代表）碳納米管巴基蔥（即球狀多壁同心大分子）碳納米管的發(fā)現(xiàn)[1]

791.石墨/金剛石石墨（最軟、灰色、不透明、良好導(dǎo)電體、固體潤(rùn)滑劑）金剛石（最硬、刀具；透明、折射光極強(qiáng)、鉆石）80石墨結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)812.富勒烯C601985年,英國(guó)化學(xué)家克羅托博士和美國(guó)科學(xué)家史莫利等人在氦氣流中以雷射汽化蒸發(fā)石墨實(shí)驗(yàn)中首次制得由60個(gè)碳組成的碳原子簇結(jié)構(gòu)分子C60。C60C70Kroto

研究小組獲得的碳原子團(tuán)簇的質(zhì)譜圖Kroto教授822.富勒烯C60蒙特婁巨蛋體育館C60具有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？832.富勒烯C60C60C60具有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？12個(gè)五邊形、20個(gè)六邊形組成了一個(gè)中空的32面體，五邊形互不鄰接，而是與五個(gè)六邊形相接，每個(gè)六邊形又與3個(gè)六邊形和3個(gè)五邊形間隔相接，共有60個(gè)頂角，碳原子位于頂角上，是一個(gè)完美對(duì)稱(chēng)的分子（圖）。842.富勒烯C60蒙特婁巨蛋體育館C60具有什么樣的結(jié)構(gòu)呢？Buckminsterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡(jiǎn)稱(chēng)Fullerene即富勒烯，或用富勒的名字稱(chēng)為Buckyball即巴基球。因C60酷似英式足球，所以又稱(chēng)為Soccerene，即足球烯。

Fulleren’shead85經(jīng)紅外光譜，紫外可見(jiàn)光譜，電鏡掃描，粉末和晶體X射線衍射分析等方法對(duì)C60和C70進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，證實(shí)了克羅托等人的推理是完全正確的C60是球籠狀，C70是橄攬球籠狀（圖）。由于克羅托、科爾、斯莫利三位科學(xué)家在富勒烯研究中的杰出貢獻(xiàn)，他們共同榮獲了1996年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

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在這些分子中，由于C60在結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等方面的獨(dú)特性能，且化學(xué)性質(zhì)最為穩(wěn)定，故在物理、化學(xué)、材料與生命科學(xué)等領(lǐng)域越來(lái)越顯示出其巨大的應(yīng)用潛力和重要的研究?jī)r(jià)值。分子器件改性功能材料晶體薄膜873.碳納米管由單層或多層石墨片繞中心按一定角度卷曲而成的無(wú)縫、中空納米管單壁碳納米管直徑為1-6nm多壁碳納米管直徑nm→μm88

1991年，日本NEC公司的S.lijima電弧蒸發(fā)石墨制備C60富勒烯時(shí)發(fā)現(xiàn)電極上還有一些針狀產(chǎn)物。這些針狀產(chǎn)物在高分辨電子顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)是直徑為4～30納米，長(zhǎng)約1微米的由2個(gè)到50個(gè)同心管構(gòu)成的物質(zhì)，相鄰?fù)墓荛g距為0.34納米。在這些管體的兩端可能有由富勒烯形成帽子，這就是多壁納米碳管。S.Lijima教授C60富勒烯多壁納米碳管納米碳管的發(fā)現(xiàn)89

發(fā)現(xiàn)多壁納米管碳管兩年以后，lijima和Bedhune等幾乎同時(shí)報(bào)道了采用電弧放電方法，在石墨電極中添加了一定的催化劑，可以得到僅僅具有一層管壁的納米碳管，即單壁納米碳管。90納米碳管又稱(chēng)巴基管，分為多壁納米管和單壁納米管。多壁納米管同心軸管間距0.34nm。大多數(shù)碳管的兩端由五邊形和七邊形構(gòu)成半球狀封口。納米碳管上的碳原子電子結(jié)構(gòu)和石墨相近，為SP2雜化。納米碳管的結(jié)構(gòu)91NATURE,1993NATURE,199192

納米碳管的管壁是由碳原子六邊形組成的。它可能存在三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu),即所謂的扶手椅納米管、鋸齒型納米管和手性納米管。

不同類(lèi)型的納米碳管型的納米碳管的形成取決于碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷起來(lái)”形成圓筒形的。93碳納米管奇特的力學(xué)性質(zhì)：它的強(qiáng)度比鋼高100倍，但