碳纳米管相对于碳原子的球形排列有何特点

碳纳米管相对于碳原子的球形排列有何特点

⑴超级电容器：碳纳米管用作电双层电容器电极材料。电双层电容器既可用作电容器也可以作为一种能量存储装置。超级电容器可大电流充放电，几乎没有充放电过电压，循环寿命可达上万次，工作温度范围很宽。电双层电容器在声频、视频设备、调谐器、电话机和传真机等通讯设备及各种家用电器中均可得到广泛的应用。作为电双层电容器的电极材料，要求该材料结晶度高、导电性好、比表面积大，微孔大小集中在一定的范围内。而目前一般用多孔炭作电极材料，不但微孔分布宽(对存储能量有贡献的孔不到30%)，而且结晶度低、导电性差，导致容量小。没有合适的电极材料是限制电双层电容器在更广阔范围内使用的一个重要原因。碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成工艺加以控制，因而是一种理想的电双层电容器电极材料。由于碳纳米管具有开放的多孔结构，并能在与电解质的交界面形成双电层，从而聚集大量电荷，功率密度可达8000W/kg。其在不同频率下测得的电容容量分别为102F/g(1Hz)和49F/g(100Hz)。⑵催化剂载体：碳纳米管材料比表面积大，表面原子比率大(约占总原子数的50%)，使体系的电子结构和晶体结构明显改变，表现出特殊的电子效应和表面效应，如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍，负载催化剂后可极大提高催化剂的活性和选择性。碳纳米管作为纳米材料家族的新成员，其特殊的结构和表面特性、优异的储氢能力和金属及半导体导电性，使其在加氢、脱氢和择型催化等反应中具有很大的应用潜力。碳纳米管一旦在催化上获得应用，可望极大提高反应的活性和选择性，产生巨大的经济效益。⑶储氢材料：吸附是气体吸附质在固体吸附剂表面发生的行为其发生的过程与吸附剂固体表面特征密切相关。对于纳米粒子的吸附机理，目前普遍认为：纳米碳管的吸附作用主要是由于纳米粒子碳管的表面羟基作用。纳米碳管表面存在的羟基能够和某些阳离子键合，从而达到表观上对金属离子或有机物产生吸附作用。另外，纳米碳管粒子具有大的比表面积，也是纳米碳管吸附作用的重要原因。郑青榕，顾安忠等[4]对氢在多壁碳纳米管上的吸附行为进行了研究。成会明等人合成的SWNTS经适当处理后可在室温下储存氢气，其储存氢的重量可达4.2％，并且78.3％的储存氢在常温常压下可释放出来，剩余的氢加热后可释放出来，这种SWNTS能够重复利用，具有很高的商业价值。⑷质子交换膜(PEM)燃料电池：碳纳米管燃料电池是最具发展潜力的新型汽车动力源，这种燃料电池通过消耗氢产生电力，排出的废气为水蒸气，因此没有污染。它与锂离子电池及镍氢动力电池相比有巨大的优越性。可以用碳纳米管储氢材料储氢后供应氢，也可通过分解气油和其他碳氢化合物或直接从空气中获取氢给燃料电池提供氢源。⑸碳纳米管在复合材料中的应用：碳纳米管除具有一般纳米粒子的尺寸效应外，还具有力学强度大、柔韧性好、电导率高等独特的性质，成为聚合物复合材料理想的增强体，在化工、机械、电子、航空、航天等领域具有广泛的应用。但由于碳纳米管易聚集成束或缠绕，而且与其他纳米粒子相比，其表面是相对“惰性”的，在常见的有机溶剂或聚合物材料中的分散度低，这极大地制约了其广泛应用。因此，对碳纳米管的表面进行改性已成为聚合物/碳纳米管复合材料的研究热点之一。目前，国内外对碳纳米管表面改性的研究主要是在其表面引入共价键和非共价键基团，例如采用表面化学反应改性、表面活性剂改性等，或采用聚合物分子对碳纳米管进行包覆改性等方法.近年来。还提出了紫外线照射、等离子射线改性等处理方法。表面改性的碳纳米管用于聚合物复合材料可以显著改善材料的力学性能、电性能和热性能等。