第1章 结论
1.3 纳米碳管的性能
在20世纪的*后十年时间里,世界上许多**都掀起了对纳米碳管的研究热潮。新加坡的P.Chen将纳米碳管的未来与组成生命的基本物质相提并论,也有人把纳米碳管的研究视作纳米技术实现的关键。所有这一切都源于纳米碳管神奇的性能以及其广泛的潜在用途。
1.3.1 电学性能
纳米材料的电学性能在纳米技术的实现方面起着非常重要的作用。纳米碳管以其微小的尺寸以及完整的结构而独领风骚。纳米碳管的电学性能与其螺旋性及直径有关,因此螺旋性的微小变化就有可能导致纳米碳管由金属性转变为半导体。理论研究预测,对于结构为(n,m)的纳米碳管,当n-m=33q(g为整数)时,纳米碳管表现为金属性,其余的纳米碳管为半导体。因此纳米碳管的电学性能随纳米碳管的螺旋性发生变化。
纳米碳管碳原子间的组合形式决定了纳米碳管具有与石墨和金刚石不同的电子输运性能。碳原子4个价电子中的3个在同一层石墨上通过sp2杂化轨道与其他3个碳原子连接,另一个价电子只能在管内或管间从纳米碳管的一端运行到另一端,而不会像石墨中��价电子可以在二维方向上运行。电子在纳米碳管内的输运类似于水坝内水通过一个孔洞的流动一样,纳米碳管的阻抗与纳米碳管的直径有关,而与纳米碳管的长度无关,而且能量的主要损失在于纳米碳管与其他物质的接触。特别神奇的是,即使纳米碳管中的电流很大,纳米碳管也很难被加热。对于金属性纳米碳管,电流密度高达6×106A/cm2时,纳米碳管也不会被破坏,并且随着温度的上升纳米碳管的内阻下降。同时,纳米碳管中的电流并不随电压的变化而作连续的变化,其变化呈阶梯模式(stepwise),即具有量子电缆的属性。
在纳米碳管的形成过程中,如果用硼原子或氮原子取代部分碳原子,或者将碱金属或卤素连接在纳米碳管的外表面时,纳米碳管的电学性能将发生很大的变化。因此通过上述的两种掺杂方式可以获得所需要使用性能的纳米碳管。另外,纳米碳管的导电性能还与其吸附物质有很大的关系,由此可以在适当的环境中获得所需性能的纳米碳管。
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