碳纳米管

本书在参阅国内外大量有关科技文献和资料的基础上，认真总结国内外最新科研进展，并融入编著者多年科研工作的成果，全面介绍了碳纳米管所涉及的基本概念、基本理论和原理，详细叙述了碳纳米管的制备方法、生长机理、微观结构以及碳纳米管的电学性质、力学性质、场发射特性、电化学特性及其在相关领域中的应用。本书适合从事纳米科学与技术、材料科学与工程、凝聚态物理和相关领域的科研人员、高校师生、工程技术人员及管理人员阅读与参考。碳纳米管是1991 年被明确报道的一种碳纳米结构，是由碳原子构成的石墨烯片层卷曲而成的无缝、中空的管状材料，根据管壁层数可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。由于碳纳米管的直径小、长径比大，故可视为准一维纳米材料。理论预测和实验研究发现，碳纳米管具有结构依赖的导电属性，可表现为金属性或半导体性，因此可用于制作晶体管、透明导电膜等电子器件。石墨烯平面中的碳- 碳键是自然界中已知的最强的化学键之一，碳纳米管的结构为完整的蜂窝状石墨烯网格，因此其理论强度接近于碳- 碳键的强度，大约为钢的100 倍，而密度只有钢的1/6，并具有很好的柔韧性。因此碳纳米管被称为超级纤维，可用于高级复合材料的增强体，制成轻质、高强度的太空缆绳，在航空、航天等高技术领域获得应用。碳纳米管具有场发射阈值低、发射电流密度大、稳定性高等优异的场发射性能，可用于制作高性能X射线管、平板显示器等。此外，碳纳米管还具有独特的化学特性，如稳定性好、表面可修饰等。这些特异性能预示着碳纳米管在众多领域内具有广阔的应用前景。碳纳米管被明确报道至今已历经27 年，其间国内外的研究与开发异常活跃，从制备、结构到物性和应用的探索取得了一系列重要进展。碳纳米管作为高性能导电添加剂已大批量应用于锂离子电池，推动了电动汽车和便携式电子器件的快速发展。美国、中国和日本等国家在该领域的研究处于领先地位。我国科学家在碳纳米管的制备技术及物性研究等方面取得了系列重要成果，在国际上有较大影响。编著者及其所在的中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部，自1997 年以来致力于碳纳米管的制备、结构、物性及应用等方面的研究与开发，在有机物浮动催化热解法和氢电弧法制备碳纳米管及其宏观结构，碳纳米管的场发射特性、电化学特性、力学性能以及碳纳米管的锂离子电池应用研究等方面取得了一系列成果，受到国内外同行的广泛关注。在此基础上，编著者参阅国内外大量有关碳纳米管的科技文献与资料，总结国内外最新科研进展，结合编著者多年在科研工作中取得的成果和积累，于2002 年编撰了《纳米碳管—制备、结构、物性及应用》，这是有关碳纳米管的首本中文专著，并由化学工业出版社出版发行。由于碳纳米管领域发展迅速，17 年来又有很多新的突破与进展，有必要对相关知识再次进行总结与补充。本书首先概述了碳和碳纳米管的基本特性，然后详细叙述了碳纳米管的结构表征方法、制备与纯化、表面与孔结构等内容，最后系统地阐述了碳纳米管的力学性能、电磁性能、场发射特性、化学性能、电化学特性及柔性薄膜晶体管性能及其相关应用等。除编著者刘畅、成会明外，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部及其他单位的多位成员及部分研究生也参与了编写工作，主要包括：张峰（第1 章）；丛洪涛（第2章）；侯鹏翔（第3 章）；侯鹏翔、杨全红（第4 章）；丛洪涛、曾尤（第5 章）；尹利长（第6 章）；佟钰（第7 章）；孙东明（第8 章）；喻万景（第9 章）；栾健（第10 章）。在此一并向参与2002 年出版的《纳米碳管—制备、结构、物性及应用》一书编写工作的各位作者表示感谢。本书相当一部分内容是编著者及所在的先进炭材料研究部的研究成果，这些成果是在国家自然科学基金委员会、国家重点基础研究发展计划（973 计划）项目、国家高技术研究发展计划（863 计划）项目、中国科学院知识创新工程重大项目和中国科学院知识创新方向性项目的支持下取得的，在此表示感谢。本书的编写得到中国科学院金属研究所的有关领导、同事及先进炭材料研究部所有成员的大力支持，在此表示诚挚的谢意。碳纳米管的研究发展十分迅速，新的成果不断涌现，文献资料浩瀚无边，由于编著者的水平有限，书中难免有疏漏与不妥之处，恳请专家和读者批评指正！刘畅　成会明2018年2月于中国科学院金属研究所，沈阳

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