碳纳米管在智能材料中的研究进展
碳纳米管在智能材料中的研究进展＊
李 儒１，２
，李红波１，李清文１
（１ 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，苏州２１５１２３；２ 中国科学院研究生院，北京１０００４９）摘要 碳纳米管独特的力学、电学、热学及光学性质使其在智能材料领域有着广泛的应用。综述了碳纳米管在形状记忆材料、电致变色材料、压电及电致变形材料、人工肌肉、智能凝胶等领域中的最新进展。重点介绍了碳纳米管作为热学增强组分、
导电增强组分在智能材料中的应用，以及碳纳米管对智能材料响应特性的影响，并说明了其在智能材料实际应用中所存在的问题，最后展望了碳纳米管在智能材料中的发展方向。
关键词 碳纳米管 智能材料 形状记忆 电致变色 压电 电致变形 人工肌肉 智能凝胶中图分类号：ＴＢ３８１ 文献标识码：
ＡＰｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｉｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇ
ｅｎｔ ＭａｔｅｒｉａｌｓＬＩ Ｒｕ１，
２，ＬＩ Ｈｏｎｇｂｏ１，ＬＩ Ｑｉｎｇ
ｗｅｎ１
（１ Ｓｕｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎａｎｏ－Ｔｅｃｈ ａｎｄ Ｎａｎｏ－Ｂｉｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ
ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｕｚｈｏｕ ２１５１２３；２ ＧｒａｄｕａｔｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００４９）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ，ｅｌｅｃ－ｔｒｏｃｈｒｏｍｉｓｍ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅ ａｎｄ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｇｅｌｓ，ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｓｐｅｃｉａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｅ－ｌｅｃｔｒｏｎｉｃ，ｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｓ ｔｈｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ，ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅｉｒ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｒｅ ｅｍｐｈａｓｉｓｅｄ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｎｄ ｆｕｔｕｒｅ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐ
ｒｅｄｉｃｔｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ，ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｓｍ，ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ，ｅｌｅｃｔｒｏ－ｓｔｒｉｃｔｉｏｎ，ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｇ
ｅｌ ＊国家重点基础研究计划（
２０１１ＣＢ９３２６００）；国家自然科学青年基金（２０９０３０６９） 李儒：
男，１９８７年生，硕士生，主要从事碳纳米管在智能材料中的研究 李红波：通讯作者，女，副研究员，主要从事单壁碳纳米管的分离和应用研究 Ｔｅｌ：０５１２－６２８７２５５２ Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｂｌｉ２００８＠ｓｉｎａｎｏ．ａｃ．ｃｎ 李清文：通讯作者，女，研究员，主要从事低维纳米碳材料可控制备、性质及其在高性能结构材料、能源及环境中的应用 Ｔｅｌ：０５１２－６２８７２５７７ Ｅ－ｍａｉｌ：ｑ
ｗｌｉ２００７＠ｓｉｎａｎｏ．ａｃ．ｃｎ 碳纳米管（
ＣＮＴｓ）是典型的一维纳米材料，具有极大的长径比、比表面积及独特的力学［１］、电学［２］、光学及热学［３］
等
性质，引起了人们广泛的关注和研究［４］
。将碳纳米管优异的性能与智能材料相结合［
５］
，提高材料的力学、电学及热学性能，加强材料的智能响应，一直以来都是材料科学发展所追求的目标。智能材料是一种能够感知外部刺激，判断并适当处理且本身可执行的功能材料。智能材料的主要类型有形状记忆材料、电致变色材料、压电及电致变形材料、人工肌肉和智能凝胶等。智能材料的外界刺激响应一般为热、光、电、ｐ
Ｈ、超声和化学物质等。碳纳米管优异的力学性能使得智能材料在力学方面有较大的提升，其出色的电学、光学性能又使得引入碳纳米管后智能材料具备出色的光电性质，从而影响智能材料对外界的感知。下面将分别介绍碳纳米管独特的性能对智能材料产生的特殊影响。
１ 碳纳米管在智能材料中的应用
１．１ 碳纳米管在形状记忆聚合物中的应用
形状记忆材料能够对外界刺激如热、光、电场和磁场产
生响应并回复最初的形状。在形状记忆材料中，形状记忆聚
合物（ＳＭＰ）
［６］
由于其质轻、可回复形变大、易于加工、价格低廉、形变响应温度容易调节等优点而得到了人们广泛的关注。目前ＳＭＰ按驱动方式可分为热致、光致、电致、磁致、溶液驱动等类型。研究人员通过对碳纳米管表面改性及原位聚合等方法来提高ＳＭＰ的记忆回复性能。热致ＳＭＰ操作简单、易于加工，但传统的热致ＳＭＰ不具备导电性而不能采用电驱动，限制了热致型ＳＭＰ的应用范围。在热致ＳＭＰ中加入碳纳米管，不仅能克服ＳＭＰ材料形状回复力小、机械强度低等缺点，而且赋予了热致ＳＭＰ材料低电压驱动等优点。
单壁碳纳米管（ＳＷＮＴｓ
）具有相当高的导电率和导热率。Ｌｅｅ等［７］将ＳＷＮＴｓ与低分子量柔性聚氨酯（ＰＵ）
混合制备出ＰＵ－ＳＷＮＴｓ复合材料，发现ＳＷＮＴｓ的含量极大地影响ＳＭＰ的形状记忆性能，当ＳＷＮＴｓ含量为４％（质量分数）时，在５℃、３０Ｖ电压下材料可以在９０ｓ内达到８８％的形变回复率。ＳＷＮＴｓ虽然具有极高的导电率及导热率，但昂贵的价格大大限制了它的应用范围。相比之下，多壁碳纳米管（ＭＷＮＴｓ
）较低的价格得到了人们更多的关注。为了提·０５·材料导报Ａ：综述篇 ２
０１３年１月（上）第２７卷第１期
高ＭＷＮＴｓ在ＰＵ中的分散，Ｚｈｏｎｇ等［８］
利用高速剪切方法得到了分散良好的ＰＵ－ＭＷＮＴｓ复合材料，其形变回复率增加且Ｔｇ几乎无变化。Ｊｉｍｅｎｅｚ等［９］通过超声处理也获得了
分散较好的ＰＵ－ＭＷＮＴｓ复合材料。Ｊａｎａ等
［１０］
和Ｘｉａｏ等
［１１］
在ＭＷＮＴｓ表面上接枝聚己内酯（ＰＣＬ），再与４，４－亚甲基二
异腈酸酯、１，４－丁二醇原位聚合生成ＰＣＬ－ｇ－ＭＷＮＴｓ－ＰＵ的ＳＭＰ材料，发现在相同ＭＷＮＴｓ含量下其比传统的ＰＵ－ＭＷＮＴｓ具有更高的机械回复性能和形状记忆性能。Ｊｕｎｇ
等［１２］分别采用传统混合、原位聚合及交联聚合来制备ＰＵ－
ＭＷＮＴｓ，实验发现在ＭＷＮＴｓ侧壁上引入羧基可以均匀分
散碳纳米管，得到形变回复率为９５％的ＳＭＰ。Ｃｈｏ等［１
３］
和Ｊｕｎｇ等［１４］
分别采用酸、
光化学处理ＭＷＮＴｓ来提高分散度，得到了形变回复率与记忆效果增强的材料。为了进一步提高ＳＭＰ的导电性，降低驱动电压，Ｓａｈｏｏ等［１５］
在ＰＵ－
ＭＷＮＴｓ中加入聚吡咯（ＰＰｙ）来提高导电性，当ＰＰｙ含量为
２．５％（质量分数）时，材料的电导率为０．０９８Ｓ／ｃｍ，在２５Ｖ
电压下可以达到９０％～９６％的形变回复率。为了更进一步发挥ＣＮＴｓ的性能，
很多研究人员将ＣＮＴｓ制成纤维、薄膜来提升智能材料的响应性能。Ｍｅｎｇ
等［１６］通过原位聚合及熔融纺丝法得到ＰＵ－ＭＷＮＴｓ纤维，ＭＷＮＴｓ在纤维轴向取向排列。这种纤维比传统ＳＭＰ有高
得多的形变回复率及形变回复力。Ｖｉｒｙ等［１７］
制备的ＣＮＴ－ＰＶＡ纤维也得到了类似的结果。Ｌｕ等
［１８］
通过精确控制的
真空沉积过程在亲水性的聚碳酸酯膜上制备出三维自组装ＭＷＮＴｓ巴基纸，并将这种巴基纸引入到ＳＭＰ中，
由于ＭＷＮＴｓ相互连接的导电网络，材料表现出良好的导电性。采用这种材料制备的形变驱动器，可以在９０ｓ内将５ｇ的砝码提升３０ｍｍ的高度。图１为这种形状记忆材料将５ｇ的砝码提升３０ｍｍ的高度的示意图
。
图１ 形状记忆聚合物／纳米纸复合材料驱动
５ｇ砝码运动系列照片
Ｆｉｇ．１ Ｓｅｒｉｅｓ ｏｆ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ ｓｈｏｗｉｎｇ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏ－ａｃｔｉｖａｔｅｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ
ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＳＭＰ／ｎａｎｏｐａｐｅｒ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｎｄ ａｃｔｕａｔｉｎｇ
ｔｈｅ ｍｏｔｉｏｎ ｏｆ ５－ｇｒａｍ ｍａｓｓＰＵ具有良好的生物相容性，ＰＵ－ＣＮＴｓ
ＳＭＰ除了在驱动器方面有相关的应用外，在生物材料领域也有应用潜质。
Ｄｅｋａ等［１９］
通过原位聚合把ＭＷＮＴｓ引入到超支化聚氨酯
（ＨＢＰＵ）中，得到了拉伸强度提升３００％、形变回复率为９８％的ＳＭＰ，且在１％（质量分数）含量的ＭＷＮＴｓ时热稳定性提
高到了２７５℃，细菌实验显示其具有较强的细菌降解性，使得这种材料有可能应用于形状记忆生物材料。
１．２ 碳纳米管在电致变色材料中的应用
电致变色材料被认为是最具应用前景的智能材料之一，在红外发射器件、智能电致变色涂层、电色储存器件、智能电致变色织物等方面均有广阔的应用前景。电致变色材料可分为过渡金属化物、普鲁士蓝、紫罗精、导电聚合物以及金属酞菁化合物等几类。其中，
聚合物类型的电致变色材料在制备方法、加工性、成本、色彩、对比度、响应时间和循环寿命方面均比传统的无机材料有优势。聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚呋喃、
聚咔唑和聚吲哚等导电聚合物和金属酞菁化合物常被用来制备电致变色材料。在电致变色材料中加入碳纳米管，可以提高材料的力学性能、电学性能，从而可以提高材料的电致变色对比度。
聚苯胺（ＰＡＮＩ）是一种常用的电致变色高分子材料，通常采用聚苯胺和聚苯乙烯磺酸钠（ＰＳＳ
）复合制备电致变色材料。Ｘｉｏｎｇ等
［２０］
通过在ＰＳＳ中加入用对苯二胺功能化的ＳＷＮＴｓ，制备出ＰＡＮＩ－ｇ
－ＳＷＮＴｓ，使得ＳＷＮＴｓ可均匀分散于ＰＡＮＩ／ＰＳＳ杂化电致变色材料中，在ＳＷＮＴｓ含量为
０．８％（质量分数）时，材料在＋１．５Ｖ、－１．５Ｖ时的电阻分别只有ＰＡＮＩ／ＰＳＳ的２０％、１２％。ＳＷＮＴｓ加强了电子转移，使材料的电致变色对比度从ＰＡＮＩ的０．３４提高到了ＰＡＮＩ－ＳＷＮＴｓ的０．４７。ＣＮＴｓ具有出色的导电性，
经常被用来制备柔性透明的电极材料，Ｍａｌａｖｅ Ｏｓｕｎａ等［２１］
在ＣＮＴｓ透明电极材料上通过电化学沉积聚３，４－乙撑二氧噻吩（ＰＥＤＯＴ）和ＷＯ２得到了转变快速、
高对比度的电致变色材料。Ｂｈａｎ－ｄａｒｉ等［２２］
研究了ＭＷＮＴｓ和ＰＥＤＯＴ的相互作用，指出ＭＷＮＴｓ／ＰＥＤＯＴ的多孔结构、二者间的相互作用和ＭＷＮＴｓ形成的相互连接的导电网络有助于提高电致变色
性能。Ｊａｉｎ等［２３］
也在ＣＮＴｓ电极材料上采用层层复合的方式制备了聚噻吩电致变色器件，发现这种层层复合的制备工艺可以有效地减少表面的粗糙度。
基于碳纳米管的电致变色材料不仅可以采用电驱动，而
且可以用其他方式驱动。Ｐｅｎｇ等［２４］将电致变色材料聚丁二
炔与碳纳米管纤维复合，
制备出电致变色纤维，研究发现：这种纤维可以在电驱动下可逆地从蓝色变成红色，其变色效果如图２所示。除此之外，这种电致变色纤维还对机械摩擦、化学和有机气体产生响应，但机械摩擦、化学和有机气体的
响应是不可逆的。从碳纳米管阵列中牵拉出来的碳纳米管薄膜在电致变色应用方面独具特色，笔者课题组将超顺排碳纳米管薄膜与ＰＵ复合，
制备出可快速从不透明态到透明态变化的电致变色薄膜［２５］
，变色效果如图３所示。碳纳米管薄
膜出色的导电性质，可以快速地将ＰＵ中的微结晶区融化，从而实现不透明到透明的迅速转变，这种复合薄膜柔韧性高、能耗低、着色简单，在很多方面都有较大的应用潜质。事实上，
碳纳米管不仅可以与共轭聚合物复合制备电致变色材料，其本身也具有部分电致变色的性能。Ｋａｚｕｈｉｒｏ等［２
６］
将不同直径的ＳＷＮＴｓ沉积到玻璃片上，再把这种薄膜浸入到离子液体（ＩＬｓ
）中研究其电致变色性质，发现不同直径的碳纳·
１５·碳纳米管在智能材料中的研究进展／李 儒等
米管薄膜可以实现由蓝绿色到黄色、洋红色到橘黄色、黄色到淡黄色的稳定转变。他们推测这种稳定的色彩变化可能
起源于碳纳米管的量子限域性质。在这样一个体系中，碳纳米管不仅起到了电极的作用，而且起到了电致变色的作用
。
１．３ 碳纳米管在压电和电致伸缩中的应用
压电材料是指受到压力作用时会在两端面间出现电压的晶体材料。压电效应的原理是，如果对压电材料施加压力，它便会产生电位差（称之为正压电效应），反之施加电压，则产生机械应力（称为逆压电效应）。事实上，压电材料和电致变形材料正是这一原理的正向、逆向的结果。
压电材料可分为无机压电材料和有机压电材料。无机压电材料包括压电晶体和压电陶瓷。无机压电材料已经在国民生计中得到了广泛的应用。有机压电材料，由于其材质柔韧，密度低，阻抗低和压电电压常数高等优点为世人瞩目，发展十分迅速，在水声超声测量、压力传感、引燃引爆等方面获得应用。其中有机压电材料以聚偏氟乙烯（ＰＶＤＦ）为代表。ＰＶＤＦ压电性质的产生归因于分子级别正负电荷的极化。通常情况下，ＰＶＤＦ的压电效应可以通过拉伸形变来产
生。然而，ＰＶＤＦ较低的电机械偶合常数阻碍了它们的应用，通过加入ＣＮＴｓ
，可以调节材料的介电常数，从而调控材料的压电性能［
２７］
。Ｌｅｖｉ等［２８］
研究了ＰＶＤＦ及其共聚物加入不同含量ＣＮＴｓ的影响，发现压电性能和热电性能均有提高。Ｄａｎｇ
等［２９］
观察到ＭＷＮＴｓ／ＰＶＤＦ在拉伸后介电性质有很大的下
降，这种现象归因于拉伸使得ＭＷＮＴｓ重排，
导致了介电常数的大幅度降低。Ｗｅｎ等［３０］
研究了ＰＶＤＦ／ＭＷＮＴｓ的流变性，指出与ＭＷＮＴｓ和ＰＶＤＦ的界面作用相比，ＭＷＮＴｓ在
ＰＶＤＦ中的分散更影响材料的流变性能。另一种新型的压电材料，聚偏二氟乙烯－三氟乙烯的共聚物（Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ））可以在不拉伸形变下自动产生极化，广泛引起了人们的兴趣
和研究。Ｋｉｍ等［３１］等通过溶剂挥发、熔融法引入ＣＮＴｓ来改
变Ｐ（ＶＤＦ－Ｔ
ｒＦＥ）的介电性能，从而调控ＰＶＤＦ的压电性能。·２５·材料导报Ａ：综述篇 ２
０１３年１月（上）第２７卷第１期
实验中发现ＣＮＴｓ的加入降低了材料的极化电压，从而在复合材料中产生稳定不变的压电效应。ＣＮＴｓ的加入会降低Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的结晶性［３２］，导致材料的介电常数下降，但事实上，最后材料的压电性能得到了提升。这种现象归结于ＣＮＴｓ与Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ）的表面极化效应。Ｍａｎｎａ等［３３］采用酯功能化的ＭＷＮＴｓ与ＰＶＦ
２
制备复合材料，发现功能化的ＭＷＮＴｓ在ＰＶＦ２中具有比未功能化的ＭＷＮＴｓ更好的分散性。
电致变形材料就是压电材料的逆过程，Ｚｈａｎｇ等［３４］采用ＰＶＤＦ的三元共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ－ＣＦＥ）与功能化后的ＭＷＮＴｓ通过凝固浴的方法制备电致变形材料。在ＭＷＮＴｓ含量为０．５％（质量分数）、电场为５４Ｖ／μｍ条件下，材料的应变为２％，且弹性能量密度为０．０２８Ｊ／ｃｍ３。而纯的三元共聚物Ｐ（ＶＤＦ－ＴｒＦＥ－ＣＦＥ）在相同条件下应变为１．１％，弹性能量密度为０．００８Ｊ／ｃｍ３。除此之外，利用碳纳米管的高导电性，通过电流产生的热量引起膨胀变形也可作驱动。Ｄｅｓｈｍｕｋｈ等［３５］通过实验发现加入ＳＷＮＴｓ可以使得本来不具有电致变形的聚酰亚胺（ＰＩ）成为电致变形材料。
碳纳米管除了与聚合物复合应用于电致变形领域，其本身也具有一定的电致变形性。Ｇｕｏ等［３６］通过密度泛涵理论模拟计算出ａｒｍｃｈａｉｒ和ｚｉｇｚａｇ ＳＷＮＴｓ可能在１Ｖ／ 电场下产生轴向约为１０％的应变。Ｔａｎｇ等［３７］的计算结果也支持上述结论。理论表明ＳＷＮＴｓ自身的电致伸缩性质可能使ＳＷＮＴｓ应用于ＭＥＭＳ［３８］等微技术中。
１．４ 碳纳米管在人工肌肉中的应用
人工肌肉具有应变小、驱动力大等特点，在驱动、搬运等很多地方表现出应用价值。低电压驱动的人工肌肉在很多方面都有很大的用处［３９］。Ａｌｉｅｖ等［４０］制备出只含碳纳米管的气凝胶人工肌肉，其在８０～１９００Ｋ的工作温度范围内可达到２２０％的巨大形变和（３．７×１０４）％／ｓ的形变速率。Ｖｏ－ｈｒｅｒ等［４１］研究了碳纳米管薄膜的厚度、不同的电极和外加电压对人工肌肉的影响，指出材料本身和制备过程都对最后人工肌肉的性能有较大的影响。最近，Ｆｏｒｏｕｇｈｉ等［４２］制备出可产生扭矩的人工肌肉。通过把加捻的碳纳米管纤维浸入三电极电化学系统中，得到可逆的１５０００°旋转角和５９０ｒ／ｍｉｎ的扭转人工肌肉材料，这种纤维状的人工肌肉能产生较大的驱动力，甚至可以用来驱动玩具熊的旋转，如图４所示。
除了ＣＮＴｓ本身的气凝胶和碳纳米管薄膜可用作人工肌肉外，更多的是把ＣＮＴｓ与高分子材料复合制备人工肌肉。苏州纳米所陈韦课题组在纳米复合驱动方面取得了较突出的成果。Ｈｕ等［４３］将ＣＮＴｓ导电网络引入壳聚糖薄膜中，材料可以在小于１０Ｈｚ情况下很好地匹配输入的电信号而产生电致变形，他们将ＰＤＭＳ与ＭＷＮＴｓ复合，制备出在３０Ｖ电压下形变达７．５％的驱动器［４４］。Ｌｕ等［４５］将天然高分子／离子液体／碳纳米管等与超分子结构组装，成功构筑了“三明治”式电容驱动，实现在空气中的低压大形变驱动特性。材料微结构和驱动性能如图５所示。他们将ＭＷＮＴｓ与离子液体、壳聚糖复合制备出生物相容性的人工肌肉材料，拓展了人工肌肉的应用［４６］。将ＣＮＴｓ与天然高分子复合
制备传感及驱动材料，具有很多独特的优势［４７］
。
图４ 基于碳纳米管纤维的转矩人工肌肉组图
Ｆｉｇ．４ Ｓｅｒｉｅｓ ｉｍａｇｅ ｏｆ ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ
ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅ
将ＣＮＴｓ加入导电聚合物中，一方面可以加强聚合物的电子转移，提高材料的电化学活性，从而提高材料的电致变形性；另一方面，ＣＮＴｓ也会增加材料的模量，限制基体的变形从而减少材料的电致变形效应，最后是否对电致变形有提升取决于二者的比例。综合来讲，ＣＮＴｓ的加入最终增加了断裂应力，提高了材料的电致变形应力。Ｚｈｅｎ等［４８］将碳纳米管薄膜与聚吡咯（ＰＰｙ）复合，提出了一种可以简单有效控制ＣＮＴｓ的体积分数和取向性的方法。在垂直于碳纳米管取向方向上，驱动力、强度均有上升，并且每个周期的功率密度为原来的２倍。碳纳米管的加入，显著地降低了在驱动过程中蠕变的产生。Ｓｐｉｎｋｓ等［４９］和Ｍｏｔｔａｇｈｉｔａｌａｂ等［５０］将ＣＮＴｓ引入ＰＡＮＩ纤维中，由于在纤维中的碳纳米管的取向为拉伸方向的优势排列，得到了力学性能、电性能和电致伸缩性能均提高的复合纤维，并且降低了材料在驱动过程中的蠕变性。
１．５ 碳纳米管在智能凝胶中的应用
智能凝胶是一类能对外界刺激（如温度、ｐＨ值、光、压力、化学物质等）产生敏感响应的材料。常见的智能凝胶材料有聚Ｎ－异丙基丙烯酰胺（ＰＮＩＰＡＭ）、聚丙烯酸（ＰＡＡ）。ＰＮＩＰＡＭ水凝胶具有温度敏感特性。将ＳＷＮＴｓ引入到ＰＮＩＰＡＭ凝胶体系中，利用ＳＷＮＴｓ在近红外的吸收特性可以起到“分子加热器”的作用［５１］。Ｚｈａｎｇ等［５２］通过引入ＳＷＮＴｓ到ＰＮＩＰＡＭ中，制备出同时具有热响应和近红外光响应的智能凝胶体系。实验证明，当ＳＷＮＴｓ含量为０．７５ｍｇ／ｍＬ时，得到的ＳＷＮＴｓ－ＰＮＩＰＡＭ凝胶体系热响应时间延长了约５倍。除此之外，利用ＳＷＮＴｓ分子加热器的作用，实现了在激光作用下的超快响应。采用这种凝胶体系制备了立方体和花两种复杂的结构智能凝胶材料，如图６所示。Ｍｉｙａｋｏ等［５３］将ＤＮＡ修饰的ＳＷＮＴｓ引入到ＰＮＩＰＡＭ中，在激光作用下可释放ＤＮＡ，可能应用于给药体系。
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３
５
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碳纳米管在智能材料中的研究进展／李 儒等
除了ＰＮＩＰＡＭ这种常用的热响应凝胶体系外，聚丙烯酸（ＰＡＡ）［５４］也引起了人们的关注和研究。Ｙｏｕ等［５５］将ＭＷＮＴｓ通过多步Ｍｉｃｈａｅｌ加成反应引入到ＰＡＡ中，得到了氨基分布于ＣＮＴｓ表面的ＣＮＴ－ＰＡＡ凝胶体系，体系对超声产生响应。通过控制超声的强度可以轻易地控制响应时间。
１．６ 碳纳米管在其他智能材料中的应用
单壁碳纳米管作为被动锁模材料具有许多优点：恢复时间快（＜１ｐｓ）、饱和光强低、制备处理容易、成本低、工作光谱范围宽、化学稳定性好、与光纤兼容等，在超快激光器方面引起了人们的极大兴趣，并成功应用于固体、波导和光纤被动锁模激光器。
Ｃｈｏｉ等［５６］在中空光纤的内侧面镀上一层ＳＷＮＴｓ，利用ＳＷＮＴｓ与传导模倏逝场的相互作用，通过掺Ｅｒ光纤环形激光器，获得了重复频率为１８．５ＭＨｚ、脉冲宽度为６７０ｆｓ的１５６７ｎｍ波长超短脉冲激光。Ｉｍ等［５７］将光纤埋在带有弧度
·
４
５
·材料导报Ａ：综述篇 ２０１３年１月（上）第２７卷第１期
的石英Ｖ型槽里进行抛光，然后把ＳＷＮＴｓ涂在抛光的光纤侧面，实现倏逝场锁模，在腔内引入一段１．８ｍ的色散补偿光纤，通过倏逝场锁模以及腔结构和腔色散的设计，激光器的稳定性、输出脉冲质量和功率大大提高，获得了５５．６ｍＷ、５．８ｐｓ、２３．６ＭＨｚ，中心波长为１５６２ｎｍ的稳定脉冲输出，信噪比高达６８．３ｄＢ，然后通过腔外单模光纤将脉冲进一步压缩至２２６ｆｓ。
２ 展望
碳纳米管作为２１世纪重要的纳米材料之一，其独特的结构及性能使其在智能材料领域中得到了广泛的应用。然而，目前碳纳米管与智能材料的复合主要是采用直接共混或碳纳米管化学修饰后共混制备的，在智能材料中所形成的碳纳米管网络结构很大程度上受到碳纳米管的分散以及复合材料制备工艺的制约，使其智能响应性能没有得到充分发挥。随着碳纳米管制备技术的发展，基于碳纳米管阵列、超顺排碳纳米管薄膜以及碳纳米管纤维的智能材料，由于特定取向、轻质、高强、高导电性、高比表面积等优点拓展了碳纳米管在智能材料中的响应性能和应用领域，如碳纳米管阵列可作为高性能驱动器应用于纳微系统，超顺排碳纳米管薄膜在智能吸波材料方面有较多的应用，高性能的碳纳米管纤维可以应用于智能织物领域。我们相信各向异性、结构规整的碳纳米管阵列、纤维及薄膜将会在智能响应中扮演越来越重要的角色。
参考文献
１ Ｔｒｅａｃｙ Ｍ Ｍ Ｊ，Ｅｂｂｅｓｅｎ Ｔ Ｗ，Ｇｉｂｓｏｎ Ｊ Ｍ．Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌｌｙｈｉｇｈ Ｙｏｕｎｇ′ｓ ｍｏｄｕｌｕｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｆｏｒ ｉｎｄｉｖｉｄｕａｌ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９９６，３８１（６５８４）：６７８
２ Ｗｉｌｄｏｅｒ Ｊ Ｗ Ｇ，Ｖｅｎｅｍａ Ｌ Ｃ，Ｒｉｎｚｌｅｒ Ａ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｔｏｍｉｃａｌｌｙ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｎａ－ｔｕｒｅ，１９９８，３９１（６６６２）：５９
３ Ｈｕ Ｊ Ｔ，Ｏｄｏｍ Ｔ Ｗ，Ｌｉｅｂｅｒ Ｃ Ｍ．Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｉｎｏｎｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ａｎｄｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ａｃｃｏｕｎｔｓ Ｃｈｅｍ Ｒｅｓ，１９９９，３２（５）：４３５
４ Ｂａｕｇｈｍａｎ Ｒ Ｈ，Ｚａｋｈｉｄｏｖ Ａ Ａ，ｄｅ Ｈｅｅｒ Ｗ Ａ．Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ－Ｔｈｅ ｒｏｕｔｅ ｔｏｗａｒｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，２９７（５５８２）：７８７
５ Ｊａｉｎ Ｓ Ｂ，Ｋａｎｇ Ｐ，Ｙｅｏ－Ｈｅｕｎｇ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｍａｒｔ ｍａ－ｔｅｒｉａｌｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ．Ｓｍａｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ ２００４：Ｓｍａｒｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｍｅｍｓ，Ｂｉｏｍｅｍｓ ａｎｄＮａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｃ］／／Ｖａｒａｄａｎ Ｖ Ｋ（ｅｄ）．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅＳＰＩＥ，２００４，５３８９：１６７
６ Ｒａｔｎａ Ｄ，Ｋａｒｇｅｒ－Ｋｏｃｓｉｓ Ｊ．Ｒｅｃｅｎｔ ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙｐｏｌｙｍｅｒｓ ａｎｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：Ａ ｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ，２００８，４３（１）：２５４
７ Ｌｅｅ Ｈ－Ｆ，Ｙｕ Ｈ Ｈ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ－ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｈｙｂｒｉｄｓ［Ｊ］．Ｓｏｆｔ Ｍａｔｔｅｒ，２０１１，７（８）：３８０１
８ Ｚｈｏｎｇ Ｊ，Ｘｉａｎ Ｇ，Ｌｉ Ｌ．Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ
ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｈａｐｅ－ｍｅｍｏｒｙ ｐｏｌｙ－ｍｅｒ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｃ］／／Ｂａｒ Ｃｏｈｅｎ Ｙ（ｅｄ）．ＥｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅＰｏｌｙｍｅｒ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ［ＥＡ ＰＡＤ］．Ｓａｎ Ｄｉｅｇｏ，ＣＡ，２０１０
９ Ｊｉｍｅｎｅｚ Ｇ Ａ，Ｊａｎａ Ｓ Ｃ．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ ａｎｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｓ ｗｉｔｈ ｓｈａｐｅ－ｍｅｍｏｒｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｃｈａｏｔｉｃｍｉｘｉｎｇ［Ｊ］．Ｐｏｌｙｍ Ｅｎｇ Ｓｃｉ，２００９，４９（１０）：２０２０
１０Ｊａｎａ Ｒ Ｎ，Ｙｏｏ Ｈ Ｊ，Ｃｈｏ Ｊ Ｗ．Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｉｔｈｐｏｌｙ（ｅｐｓｉｌｏｎ－ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）－ｇｒａｆｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｆｉ－ｂｅｒｓ Ｐｏｌｙｍ，２００８，９（３）：２４７
１１Ｘｉａｏ Ｙ，Ｚｈｏｕ Ｓ，Ｗａｎｇ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏ－ａｃｔｉｖｅ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏ－ｒｙ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙ（ｅｐｓｉｌｏｎ－ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）／ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＡＣＳ ＡｐｐｌＭａｔｅｒ Ｉｎｔｅｒｆ，２０１０，２（１２）：３５０６
１２Ｊｕｎｇ Ｙ Ｃ，Ｙｏｏ Ｈ Ｊ，Ｋｉｍ Ｙ Ａ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｓｈａｐｅｍｅｍｏｒｙ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｈａｖｉｎｇ ｈｏ－ｍｏｇｅｎｅｏｕｓｌｙ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ａｎｄ ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｅｄ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１０，４８（５）：１５９８
１３Ｃｈｏ Ｊ Ｗ，Ｋｉｍ Ｊ Ｗ，Ｊｕｎｇ Ｙ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｓｈａｐｅ－ｍｅｍｏｒｙ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌ Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍｍｕｎ，２００５，２６（５）：４１２
１４Ｊｕｎｇ Ｙ Ｃ，Ｋｉｍ Ｈ Ｈ，Ｋｉｍ Ｙ Ａ，ｅｔ ａｌ．Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ ａｃｔｉｖｅｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ，ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｅｍｏｒｙ－ｓｈａｐｅ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｆｉｌｍ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２０１０，４３（１４）：６１０６
１５Ｓａｈｏｏ Ｎ Ｇ，Ｊｕｎｇ Ｙ Ｃ，Ｃｈｏ Ｊ Ｗ．Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｆｉｌｌｅｄ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ｔｕｂｅｓ ａｎｄ ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ ｐｏｌｙｍｅｒ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｍａｎｕｆ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，２００７，２２（４）：４１９
１６Ｍｅｎｇ Ｑ，Ｈｕ Ｊ．Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｉｎｇ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏ－ｔｕｂｅ ｉｎ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ ｆｉｂｅｒ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｉｎ ｓｉｔｕｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｅｌｔ ｓｐｉｎｎｉｎｇ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓ Ｐａｒｔ Ａ－ＡｐｐｌＳｃｉ Ｍａｎｕｆ，２００８，３９（２）：３１４
１７Ｖｉｒｙ Ｌ，Ｍｅｒｃａｄｅｒ Ｃ，Ｍｉａｕｄｅｔ Ｐ，ｅｔ ａｌ．Ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｃｔｕａｔｏｒｓ［Ｊ］．Ｊ ＭａｔｅｒＣｈｅｍ，２０１０，２０（１７）：３４８７
１８Ｌｕ Ｈ，Ｌｉｕ Ｙ，Ｇｏｕ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｓｕｒｆａｃｅ ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｎａｎｏｐａｐｅｒ ｏｎ ｓｈａｐｅ－ｍｅｍｏｒｙ ｐｏｌｙｍｅｒ ｆｏｒｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓ Ｓｃｉ Ｔｅｃｈｎ，２０１１，７１（１１）：１４２７
１９Ｄｅｋａ Ｈ，Ｋａｒａｋ Ｎ，Ｋａｌｉｔａ Ｒ Ｄ，ｅｔ ａｌ．Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｈｙｐｅｒ－ｂｒａｎｃｈｅｄ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ／ｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ ａｓ ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２０１０，４８（７）：２０１３
２０Ｘｉｏｎｇ Ｓ，Ｗｅｉ Ｊ，Ｊｉａ Ｐ，ｅｔ ａｌ．Ｗａｔｅｒ－ｐｒｏｃｅｓｓａｂｌｅ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅｗｉｔｈ ｃｏｖａｌｅｎｔｌｙ ｂｏｎｄｅｄ ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ：Ｅｎ－ｈａｎｃｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ａｃｓ Ａｐｐｌ Ｍａｔｅｒ Ｉｎｔ，２０１１，３（３）：７８２
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碳纳米管在智能材料中的研究进展／李 儒等
２１Ｍａｌａｖｅ Ｏｓｕｎａ Ｒ，Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ Ｖ，Ｌｏｐｅｚ Ｎａｖａｒｒｅｔｅ Ｊ Ｔ，ｅｔ ａｌ．Ｕｌｔｒａｆａｓｔ ａｎｄ ｈｉｇｈ－ｃｏｎｔｒａｓｔ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｓｍ ｏｎ ｂｅｎｄａｂｌｅｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｐｈｙｓ ＣｈｅｍＬｅｔｔ，２０１０，１（９）：１３６７
２２Ｂｈａｎｄａｒｉ Ｓ，Ｄｅｅｐａ Ｍ，Ｓｒｉｖａｓｔａｖａ Ａ Ｋ，ｅｔ ａｌ．Ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙ－ｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）－ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｍｐｏ－ｓｉｔｅ ｆｉｌｍｓ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｄｉｒｅｃｔｅｄ ａｍｐｌｉｆｉｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｒｅ－ｓｐｏｎｓｅ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｒｅｄｏｘ ａｃｔｉｖｉｔｙ［Ｊ］．Ｊ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ Ｂ，２００９，１１３（２８）：９４１６
２３Ｊａｉｎ Ｖ，Ｙｏｃｈｕｍ Ｈ Ｍ，Ｍｏｎｔａｚａｍｉ Ｒ，ｅｔ ａｌ．Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｂｙ ｌａｙｅｒ－ｂｙ－ｌａｙｅｒａｓｓｅｍｂｌｙ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ，２００８，１０３（７）：０７４５０４
２４Ｐｅｎｇ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｐｏｌｙｄｉａ－ｃｅｔｙｌｅｎｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｂｒｅｓ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ Ｎａｎｏｔｅｃｈｎ，２００９，４：７３８
２５Ｍｅｎｇ Ｆ，Ｚｈａｎｇ Ｘ，Ｘｕ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓ ｗｉｔｈ ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｃｙ［Ｊ］．ＡＣＳ Ａｐｐｌ Ｍａｔｅｒ Ｉｎ－ｔｅｒｆ，２０１１，３（３）：６５８
２６Ｙａｎａｇｉ Ｋ，Ｍｏｒｉｙａ Ｒ，Ｙｏｍｏｇｉｄａ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｒｏｍｉｃｃａｒｂｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ：Ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｃｏｌｏｒ ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ ｍｅ－ｔａｌｌｉｃ ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２０１１，２３（２５）：２８１１
２７Ｒａｍａｒａｔｎａｍ Ａ，Ｊａｌｉｌｉ Ｎ．Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏ－ｌｙｍｅｒｓ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ：Ｐａｔｈｗａｙ ｔｏ ｎｅｘｔ－ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｊ Ｉｎｔ Ｍａｔｅｒ Ｓｙｓｔ Ｓｔｒｕｃｔ，２００６，１７（３）：１９９
２８Ｌｅｖｉ Ｎ，Ｃｚｅｒｗ Ｒ，Ｘｉｎｇ Ｓ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉ－ｄｅｎｅ ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｂｌｅｎｄｓ［Ｊ］．Ｎａｎｏ Ｌｅｔｔ，２００４，４（７）：１２６７
２９Ｄａｎｇ Ｚ Ｍ，Ｙａｏ Ｓ Ｈ，Ｘｕ Ｈ Ｐ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒａｉｎ ｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｉｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｐｏｌｙｍｅｒｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００７，９０（１）：０１２９０７
３０Ｗｅｎ Ｒ，Ｋｅ Ｋ，Ｗａｎｇ Ｙ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙ－ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ／ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｎａｎｏｃｏｍ－ｐｏｓｉｔｅｓ：Ａ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｓｔｕｄｙ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｏｌｙｍ Ｓｃｉ，２０１１，１２１（５）：３０４１
３１Ｋｉｍ Ｊ，Ｌｏｈ Ｋ Ｊ，Ｌｙｎｃｈ Ｊ Ｐ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ ｔｈｉｎｆｉｌｍｓ ｔｕｎｅｄ ｂｙ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｆｉｌｌｅｒｓ［Ｃ］／／Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄＳｍａｒｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｃｉｖｉｌ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ａｎｄＡｅｒｏｓｐａｃｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ．Ｐｒｏｃ ＳＰＩＥ，２００８，６９３２：６９３２３２－６９３２３２－１０
３２Ｖｉｄｈａｔｅ Ｓ，Ｓｈａｉｔｏ Ａ，Ｃｈｕｎｇ Ｊ，ｅｔ ａｌ．Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ，ｍｅ－ｃｈａｎｉｃａｌ，ａｎｄ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ／ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｆｉｂｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｏｌｙｍ Ｓｃｉ，２００９，１１２（１）：２５４
３３Ｍａｎｎａ Ｓ，Ｎａｎｄｉ Ａ Ｋ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｅｔａ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈ ｉｎ ｐｏｌｙ－（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）－ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚｅｄ ｍｕｌｔｉｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｌｍｓ［Ｊ］．Ｊ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ Ｃ，２００７，１１１（４０）：１４６７０
３４Ｚｈａｎｇ Ｓ Ｈ，Ｚｈａｎｇ Ｎ Ｙ，Ｈｕａｎｇ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ／ｐｏｌｙ－（ｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ－ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ－ｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２００５，１７（１５）：１８９７
３５Ｄｅｓｈｍｕｋｈ Ｓ，Ｏｕｎａｉｅｓ Ｚ．Ｓｉｎｇｌｅ ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ（ＳＷＮＴ）－ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｓ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｍａ－ｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｓｅｎｓｏｒｓ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ－Ｐｈｙｓｉｃａｌ，２００９，１５５（２）：２４６３６Ｇｕｏ Ｗ Ｌ，Ｇｕｏ Ｙ Ｆ．Ｇｉａｎｔ ａｘｉａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｐｈｙｓ Ｒｅｖ Ｌｅｔｔ，２００３，９１（１１）：１２５５０１
３７Ｔａｎｇ Ｃ，Ｇｕｏ Ｗ Ｌ，Ｇｕｏ Ｙ Ｆ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｅｌｅｃ－ｔｒｏｎｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ Ｌｅｔｔ，２００６，８８（２４）：２４３１１２
３８Ｅｌ－Ｈａｍｉ Ｋ，Ｍａｔｓｕｓｈｉｇｅ Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｉｎ ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ，２００５，１０５（１－４）：１４３３９Ｂｒｏｃｈｕ Ｐ，Ｐｅｉ Ｑ Ｂ．Ａｄｖａｎｃｅｓ ｉｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ ｆｏｒ ａｃ－ｔｕａｔｏｒｓ ａｎｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌ Ｒａｐｉｄ Ｃｏｍ－ｍｕｎ，２０１０，３１（１）：１０
４０Ａｌｉｅｖ Ａ Ｅ，Ｏｈ Ｊ，Ｋｏｚｌｏｖ Ｍ Ｅ，ｅｔ ａｌ．Ｇｉａｎｔ－ｓｔｒｏｋｅ，ｓｕｐｅｒｅ－ｌａｓｔｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｅｒｏｇｅｌ ｍｕｓｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００９，３２３（５９２１）：１５７５
４１Ｖｏｈｒｅｒ Ｕ，Ｋｏｌａｒｉｃ Ｉ，Ｈａｑｕｅ Ｍ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓｈｅｅｔｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｓｅ ａｓ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｃａｒｂｏｎ，２００４，４２（５－６）：１１５９
４２Ｆｏｒｏｕｇｈｉ Ｊ，Ｓｐｉｎｋｓ Ｇ Ｍ，Ｗａｌｌａｃｅ Ｇ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｔｏｒｓｉｏｎａｌ ｃａｒ－ｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１１，３３４（６０５５）：４９４
４３Ｈｕ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｗ，Ｌｕ Ｌ Ｈ，ｅｔ ａｌ．Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｃｔｕａｔｉｏｎｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｍｏｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ａ ｓｉｎｇｌｅ－ｗａｌｌｅｄ ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．ＡＣＳ Ｎａｎｏ，２０１０，４（６）：３４９８
４４Ｈｕ Ｙ，Ｗａｎｇ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ｌｏｗ－ｖｏｌｔａｇｅ－ｄｒｉｖｅｎ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｗｅｉｇｈｔｌｉｆｔｉｎｇ ａｃｔｕａｔｏｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒ－ｎａｎｏｔｕｂｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］．Ｍａｃｒｏｍｏｌ Ｃｈｅｍ Ｐｈｙｓ，２０１１，２１２（１５）：１６７１
４５Ｌｕ Ｌ，Ｃｈｅｎ Ｗ．Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｃｔｕａｔｏｒ：Ａ ｓｕｐｒａ－ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｈｉｔｏｓａｎ，ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ａｎｄ ａｎ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２０１０，２２（３３）：３７４５
４６Ｌｕ Ｌ，Ｃｈｅｎ Ｗ．Ｂｉｏｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ａｃｔｕａｔｏｒ：Ａ ｓｕｐｒａ－ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｂｉｏｐｏｌｙｍｅｒ ｃｈｉｔｏｓａｎ，ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ａｎｄ ａｎ ｉｏｎｉｃ ｌｉｑｕｉｄ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２０１０，２２（３３）：３７４５
４７Ｌｕ Ｌ，Ｃｈｅｎ Ｗ．Ｓｕｐｒａｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ ｂｉｏｐｏｌｙ－ｍｅｒｓ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｆｏｒ ｂｉｏｍｉｍｅｔｉｃ ａｎｄ ｂｉｏ－ｉｎｓｐｉｒｅｄｓｅｎｓｉｎｇ ａｎｄ ａｃｔｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｎａｎｏｓｃａｌｅ，２０１１，３（６）：２４１２
４８Ｚｈｅｎｇ Ｗ，Ｒａｚａｌ Ｊ Ｍ，Ｗｈｉｔｔｅｎ Ｐ Ｇ，ｅｔ ａｌ．Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅｓｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｏｌｙｐｙｒｒｏｌｅ／ｃａｒｂｏｎ ｎａｎｏｔｕｂｅ ｌａｍｉｎａｔｅｓ［Ｊ］．ＡｄｖＭａｔｅｒ，２０１１，２３（２６）：２９６６
４９Ｓｐｉｎｋｓ Ｇ Ｍ，Ｍｏｔｔａｇｈｉｔａｌａｂ Ｖ，Ｂａｈｒａｍｉ－Ｓａｎｉａｎｉ Ｍ，ｅｔ ａｌ．Ｃａｒｂｏｎ－ｎａｎｏｔｕｂｅ－ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙａｎｉｌｉｎｅ ｆｉｂｅｒｓ ｆｏｒ ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｍｕｓｃｌｅｓ［Ｊ］．Ａｄｖ Ｍａｔｅｒ，２００６，１８（５）：６３７
（下转第７４页）
·
６
５
·材料导报Ａ：综述篇 ２０１３年１月（上）第２７卷第１期
２ 张念涛．ＬＮＧ储罐焊接工艺及其性能研究［Ｄ］．天津：天津大学，２００８
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（责任编辑 周媛媛
檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸
）
（上接第５６页）
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（责任编辑 林 芳）
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·材料导报Ａ：综述篇 ２０１３年１月（上）第２７卷第１期
关于碳纳米管的研究进展综述
关于碳纳米管的研究进展 1、前言 1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新 的“大碳结构”概念诞生了。之后,人们相继发现并分离出C 70、C 76 、C 78 、C 84 等。 1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。1999年,韩国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。 2、碳纳米管的制备方法 获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。化学气相沉积法是实现工业化大批量生产碳纳米管的有效方法,但由于生长温度较低,碳纳米管中通常含有
智能材料及其发展
智能材料及其发展 1.材料的发展 材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或者其他产品的物质，是人类生活、生产的基础，是人类认识自然和改造自然的工具，与信息、能源并列为人类赖以生存、现代文明赖以发展的三大支柱。材料也是人类进化的标志之一，一种新材料的出现必将促进人类文明的发展和科技的进步，从人类出现，经历旧石器时代、新石器时代、青铜时代……，一直到21世纪，材料及材料科学的发展一直伴随着人类的文明的进步。在人类文明的进程中，材料大致经历了一下五个发展阶段。 1）利用纯天然材料的初级阶段：在远古时代人类只能利用纯天然材料（如石头、草木、野兽毛皮、甲骨、泥土等），也就是通常所说的旧石器时代。这一阶段人类只能对纯天然材料进行简单加工。 2）单纯利用火制造材料阶段：这一阶段跨越了新石器时代、青铜时代和铁器时代，它们风别已三大人造材料为象征，即陶、铜、铁。这一时期人类利用火来进行烧结、冶炼和加工，如利用天然陶土烧制陶、瓷、砖、瓦以及后来的玻璃、水泥等，从天然矿石中提炼铜、铁等金属。 3）利用物理和化学原理合成材料阶段：20世纪初，随着科学的发展和各种检测手段及仪器的出现，人类开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，并以凝聚态物理、晶体物理、固体物理为基础研究材料组成、结构和性能之间的关系，并出现了材料科学。这一时期，人类利用一系列物理、化学原理、现象来创造新材料，这一时期出现的合成高分子材料与已有的金属材料、陶瓷材料（无机非金属材料）构成了现代材料的三大支柱。除此之外，人类还合成了一系列的合金材料和无机非金属材料，如超导材料、光纤材料、半导体材料等。 4）材料的复合化阶段：这一阶段以20世纪50年代金属陶瓷的出现为开端，人类开始使用新的物理、化学技术，根据需要制备出性能独特的材料。玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及抗菌材料都是这一阶段的杰出代表，它们都是为了适应高科技的发展和提高人类文明进步而产生的。 5）材料的智能化阶段：自然界的材料都具有自适应、自诊断、自修复的功能。如所有的动物和植物都能在没有受到毁灭性打击的情况下进行自诊断和修复。受大自然的启发，近三四十年的研发，一些人工材料已经具备了其中的部分功能，即我们所说的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等。但是从严格意义上将，目前研制成功的智能材料离理想的智能材料还有一定的距离。 材料科学的发展主要集中在以下几个方面：超纯化（从天然材料到复合材料）、量子化
碳纳米管吸波材料的研究现状与展望
3海南省自然基金(80628)资助;海南大学科研基金资助项目(Kyjj0419) 王生浩:男,1984年生,研究方向为吸波材料 文峰:通讯作者,男,博士,副教授 E 2mail :fwen323@1631com 碳纳米管吸波材料的研究现状与展望3 王生浩,文 峰,李 志,郝万军,曹 阳 (热带生物资源教育部重点实验室;海南大学理工学院材料科学系,海口570228) 摘要 碳纳米管因其独特的物理和化学性能10多年来一直备受关注,已有研究将其运用于军事科技领域,如 吸波材料,但目前国内关于此类研究的报道还不多。较为全面地总结了近年来国内外对碳纳米管作为吸波材料的研究成果及其目前的研究现状,即简述碳纳米管的吸波机理;详细介绍碳纳米管薄膜、活性碳纳米管、磁性金属(合金)/碳纳米管、碳纳米管/聚合物基复合吸波材料的研究现状;展望未来吸波材料的发展方向。 关键词 碳纳米管 吸波材料 吸波性能 复合 The R esearch Status and Prospect of Electromagnetic W ave 2 absorbing C arbon N anotubes WAN G Shenghao ,WEN Feng ,L I Zhi ,HAO Wanjun ,CAO Yang (Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Chinese Education Ministry ,Department of Materids Science , School of Science and Engineering ,Hainan University ,Haikou 570228) Abstract Carbon nanotubes (CN Ts )have been given great attention due to its unique physical and chemical properties.There are some researches about CN Ts which have been applied in military science and technology ,for ex 2ample as electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),but few papers reports this kind of research.In this pa 2per ,the research results and present status of CN Ts as EAM are summarized in general by three parts.①the wave ab 2sorbing mechanism of the CN Ts ,②the present research status of the materials ,including thin film of CN Ts ,activated CN Ts ,metal 2coated CN Ts ,and CN Ts/Polymer composite EAM ,③the f uture prospect of EAM. K ey w ords carbon nanotubes (CN Ts ),electromagnetic wave absorbing materials (EAM ),electromagnetic wave absorbing properties ,composite 0 引言 随着电子技术的发展,电磁辐射成为新的社会公害[1],尤其是射频电磁波和微波辐射已经成为又一大环境污染。电磁辐射不仅会干扰电子仪器、设备的正常工作[2～4],而且还会影响人类的身体健康[5～8]。军事上,随着探测技术的发展,在战争中实现目标隐身对提高武器系统的生存和突防打击能力有着深刻的意义[9～11]。解决电磁辐射污染和实现目标隐身的最有效方法是采用吸波材料(Electromagnetic Wave Absorbing Materials ,EAM )。作为环境科学与军事尖端技术的组成部分,电磁波吸收材料的研究已成为一个重要的科研领域。吸波材料要求吸收强、频带宽、比重小、厚度薄、环境稳定性好,而传统的吸波材料很难满足上述综合要求,出现的问题是吸收频带单一、比重大、吸收不强等,纳米技术的发展为吸波材料开拓了一个新的研究领域。纳米吸波材料具有吸收强、频带兼容性好、材料轻、性能稳定等优点,是一类新型的吸波材料。 自1991年日本N EC 公司的电镜专家S.Iijima 发现碳纳米管(Carbon Nanotubes ,CN Ts )[12]以来,CN Ts 以其独特的结构、优良的物理、化学性质和机械性能引起了世界各国科学家的广泛关注,成为物理、化学和材料科学领域的研究重点和热点。近 年来对碳纳米管复合材料的合成和应用研究是纳米科技领域的 热点之一,但有关该类材料应用于电磁波吸收材料的研究报道还很少。有关微波与吸波材料相互作用的基础理论文献[13]已有较详细的论述,本文不再赘述。本文对目前碳纳米管吸波材料的研究现状进行了论述,并针对目前存在的问题提出了相应的解决思路。 1 碳纳米管的吸波机理 碳纳米管是一维纳米材料,纳米粒子的小尺寸效应、量子尺寸效应和表面界面效应等使其具有奇特的光、电、磁、声等性质,从而使得碳纳米管的性质不同于一般的宏观材料。纳米粒子尺度(1～100nm )远小于红外线及雷达波波长,因此纳米微粒材料对红外及微波的吸收性较常规材料强。随着尺寸的减小,纳米微粒材料具有比常规粗粉体材料大3～4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,晶体缺陷增加、悬挂键增多,容易形成界面电极极化,高的比表面积又会造成多重散射,这是纳米材料具有吸波能力的重要机理。在原子排列较庞大的界面中及具有晶体畸变、空位等缺陷的纳米粒子内部形成的固有电矩,在微波场的作用下,由于取向极化,提高了纳米粒子的介电损耗。量子尺寸效应使纳米粒子的电子能级由连续的能谱变为分裂的
隐身材料的研究进展及存在问题
隐身斗篷的研究进展及存在问题 摘要：隐身斗篷，由硅纳米材料制造而成，利用该特殊材料折射或吸收大部分光线，从而达到隐形的目的。本文主要总结归纳现如今应用于隐身斗篷的各种主要材料，详细论述了基于超材料特殊电磁特性的隐身技术，简单介绍部分材料应用原理。 关键词：影身斗篷，超材料，限元分析软件，均匀介质 1. 隐身斗篷的应用前景 隐形斗篷我其实是在电影Harry Potter 中第一次知道，它常被哈利拿来干一些从霍格华兹魔法学校里偷跑出来如此的事情。现实中科学家们也一直在研究它。在不远的将来，隐身斗篷将会真的存在于现实世界中了。而且隐身斗篷的应用前景非常广。隐身技术在外科手术，军事航空等多个领域中获得广泛的应用。例如， “地震斗篷”——能够让冲击波、暴风浪或者海啸在所遮蔽的物体面前变成“瞎子”，进而达到保护建筑物的目的。同时为提高战场生存能力, 隐身技术越来越多地应用于军用装备上。随着军用探测技术的不断进步, 对军用装备隐身性能的要求不断提高, 传统的隐身技术已经不能满足要求。 2. 隐身材料及其隐身原理 2.1 超材料 众所周知,介电常数和磁导率是用于描述物质电磁特性的基本物理量,决定着电磁波在物质中的传播特性。迄今为止,自然界中天然物质的介电常数和磁导率均大于或等于1。2000年,Smith 等人利用金属铜的开环共振器和导线组成2 维周期性结构,首次在实验室制造出微波频段具有负介电常数和负磁导率的介质材料,引起科学界的轰动。随后,双负材料、单负材料、手性材料、理想磁导体和理想电导体等材料成为科学研究的热点，并将这些材料统称为超材料(metamaterials)。由于超材料具有一系列特殊的电磁特性,因而具有广阔的应用前景。 2.1.1超材料椭圆柱电磁斗篷 文献[1] 利用有限元分析软件Comsol Multip hysics 分析了超材料介电常数偏差、磁导率偏差 和损耗对电磁斗篷场分布的影响,并讨论了在电 磁斗篷内放置不同电磁特性的物体后斗篷外电 场分布的变化。 图1 为TE 波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷 的计算模型。超材料椭圆柱是沿z 轴放置的无限 长空心柱,其横截面为xOy 平面,椭圆中心为坐标 原点,内外径短轴分别为a 和b ,长轴分别为ka 和 kb ,其中, k 为长轴与短轴之比,仿真时取k = 6 , a =0. 1 m ,b = 0. 2 m 。在图1 所示的左边完全匹配 层( PML) 的内表面施加沿z 轴方向电流,激励起 沿x 轴方向(水平) 传播的频率为2 GHz 的TE 波。计算区域四周是PML 吸收层,斗篷内外均为空气。 通过文献[1]计算可知，超材料介电常数和磁导率空间分布如图2所示。图2 (a) 为介电常数分量在xOy 平面上的空间分布,由图可以看出,在x = 0 或y = 0 的平面上 xx 最小,同时在两图1 TE 波辐射下超材料椭圆柱电磁斗篷的计
智能材料的研究现状与未来发展趋势
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/0b16269735.html, 智能材料的研究现状与未来发展趋势 作者：邓焕 来源：《科学与财富》2017年第36期 摘要：智能材料这一概念在上世纪80年代首次被提出，近年来，关于智能材料在航空航天领域的研究与应用被频繁提及。由于智能材料具备着结构整体性强、可塑性高、功能多样化等优点，因此在航空航天领域得到了广泛的研究与使用，首先根据功能性的不同对智能材料进行了系统的分类与概述，然后对当前智能材料在航空航天领域的主要应用进行了系统性的分析与总结，最后对智能材料在未来的航空航天的应用前景中进行了进一步地展望。 关键词：智能材料；复合材料；航空航天；功能多样化 1 引言 进入二十一世纪以来，全球各大航空航天强国在航天航空领域投入了大量的研发资金，而作为航空航天领域重要环节的航天材料，近年来也不断有着新的突破，而其中被提及最多的就是智能材料在航空航天领域的应用。在智能材料的范畴中，智能复合材料最具有代表性，智能复合材料主要具备着：外界环境感知功能；判断决策功能；自我反馈功能；执行功能等。此外，由于当前智能复合材料都向着轻量化、低成本化的方向发展，因此在航天领域复合材料的设计结构以及使用用途上都有着不同的侧重发展方向。而近年来国内外各国也均加快了各自在该领域的研发使用发展进度，主要的研究大方向还是集中在了智能检测、结构稳定性、低成本化等方向上，本文着重对相关部分进行系统性的概述与总结。 2 航空航天领域智能复合材料的功能介绍 在航空航天领域中，国内外普遍利用智能复合材料以实现在降低航空航天飞行器的自身重量的前提下保证系统结构的稳定性，其次根据复合智能材料具备智能检测自身系统内部工作状态和自愈合等功能实现航空航天材料在微电子与智能应用方向的交叉发展。 2.1 智能复合材料在航天结构检测方向的应用 智能复合材料在航空航天器中的应用，主要是通过将传感器以嵌入的方式与原始预浸料铺层以及湿片铺层等智能复合材料紧密键合，最终集成在控制芯片控制器上实现对整个系统的实时监控诊测、自我修复等供能，值得注意的是，在这一过程中，智能化不仅仅是符合材料的必要功能，复合材料在很大程度上可以有效承受比传统应用材料更大外界机械压力[1]。 除此之外，由于智能复合材料作为传感器的铺放衬底，因此智能复合材料还可以实现对整个材料内部结构的状况进行收集并且将出现的诸如温度异常、结构异常、表面裂痕等隐患及时反馈至中央处理器，这在一定程度上可以有效实现整个系统内部的检测与寿命预测，在这方面的技术上，美国的Acellent公司研发的缠绕型复合材料以压力感应的形式，按照矩形布线形式
碳纳米管材料的研究现状及发展展望
碳纳米管材料的研究现状及发展展望 摘要： 碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文综述了碳纳米管的制备方法、结构性能、应用以及碳纳米管发展趋势。 关键词：碳纳米管；制备；性质；应用与发展 1、碳纳米管的发展历史 1985年发现了巴基球(C60)；柯尔、克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研 究中，发现了与金刚石、石墨的无限结构不同的，具有封闭球状结构的分子C60。（1996年获得诺贝尔化学奖） 1991年日本电气公司的S. Iijima在制备C60、对电弧放电后的石墨棒进行观察时，发现圆柱状沉积。空的管状物直径0.7-30 nm，被称为Carbon nanotubes (CNTs）； 1992年瑞士洛桑联邦综合工科大学的D.Ugarte等发现了巴基葱(Carbon nanoonion)； 2000年，北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管，发现了Ф0.33 nm的碳纳米管,稳定性稍差; 2003年5月，日本信州大学和三井物产下属的公司研制成功Ф 0.4 nm的碳纳米管。 2004年3月下旬, 中国科学院高能物理研究所赵宇亮、陈振玲、柴之芳等研究人员，利用一定能量的中子与C70分子相互作用，首次成功合成、分离、表征了单原子数目富勒烯 分子C141。 2004 ，曼彻斯特大学的科学家发现Graphene(石墨烯)。进一步激发了人们研究碳纳米材料的热潮。 2、碳纳米管的分类 2.1碳纳米管 碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳 米管、多壁碳纳米管。 2.2纳米碳纤维 纳米碳纤维是由碳组成的长链。其直径约50-200nm，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳 管（小于100 nm）和气相生长碳纤维之间。 2.3碳球 根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)，如C60，C70等；(2) 纳米碳粉。 2.4石墨烯 石墨烯（graphene）是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质材料的基本单元。 3、碳纳米管的制备 3．1电弧法
智能材料
智能材料及其在医学领域的应用 目录 1、智能材料的概述 1.1智能材料的定义和基本特征........................................................ 1.2智能材料的构成............................................................................ 1.3智能材料的分类............................................................................ 1.4智能材料的制备............................................................................ 2、智能材料的应用领域 2.1智能材料的研究方向................................................................... 2.2智能材料在医学上的应用............................................................ 2.3智能材料在医疗方法中的应用....................................................
2.4智能材料在医学器械方面的应用................................................. 3、结束语.................................................................... 4、参考文献................................................................ 摘要本文综合评述了智能材料的研究、应用和进展。对智能材料与结构的概念进行了描述，全面总结了智能材料智能材料生物医药方面的应用, 探讨了智能材料光明的应用前景和发展趋势。 关键词智能材料；医学应用；发展 1智能材料的概述 1.1定义：智能材料（Intelligent material），是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高技术新材料发展的重要方向之一，将支撑未来高技术的发展，使传统意义下的功能材料和结构材料之间的界线逐渐消失，实现结构功能化、功能多样化。科学家预言，智能材料的研制和大规模应用将导致材料科学发展的重大革命。 基本特征：因为设计智能材料的两个指导思想是材料的多功能复合和材料的仿生设计，所以智能材料系统具有或部分具有如下的智能功能和生命特征： （1）传感功能（Sensor）
碳纳米管的现状和前景
碳纳米管的现状和前景 信息技术更新日新月异，正如摩尔定律所言，集成电路的集成度每隔18 个月翻一番，即同样的成本下，集成电路的功能翻一倍。这些进步基于晶体管的发展，晶体管的缩小提高了集成电路的性能。 在硅基微电子学发展的过程中,器件的特征尺寸随着集成度的越来越高而日益减小,现在硅器件已经进入深微亚米阶段，也马上触及到硅器件发展的瓶颈，器件将不再遵从传统的运行规律,具有显著的量子效应和统计涨落特性. 为了解决这些问题,人们进行了不懈地努力,寻找新的材料和方法，来提高微电子器件的性能。研究基于碳纳米管的纳电子器件就是其中很有前途的一种方法。 碳纳米管简介 一直以来都认为碳只有两种形态——金刚石和石墨。直至1985年发现了以碳60为代表的富勒烯、从而改变了人类对碳形态的认识。1991年，日本筑波NEC研究室内科学家首次在电子显微镜里观察到有奇特的、由纯碳组成的纳米量级的线状物。此类纤细的分子就是碳纳米管 碳纳米管有许多优异的性能，如超高的反弹性、抗张强度和热稳定性等。被认为将在微型机器人、抗撞击汽车车身和抗震建筑等方面有着极好的应用前景。但是碳纳米管的第一个获得应用的领域是电子学领域、近年来，它已成为微电子技术领域的研究重要方面。 研究工作表明，在数十纳米上下的导线和功能器件可以用碳纳米管来制造，并连接成电子电路。其工作速度将过高于已有的产品而功率损耗却极低! 不少研究组已经成功地用碳纳米管制成了电子器件。例如IBM 的科学家们就用单根半导体碳纳米管和它两端的金属电极做成了场效应管（FETs）。通过是否往第三电极施加电压，可以成为开关，此器件在室温下的工作特性和硅器件非常相似，而导电性却高出许多，消耗功率也小。按理论推算，纳米级的开关的时钟频率可以达到1太赫以上，比现有的处理器要快1000倍。 碳纳米管的分类 石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。 单壁碳纳米管（SWNT）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。 多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常
碳纳米管的研究进展
碳纳米管的研究进展* 王全杰1,2** 王延青1*** （1. 陕西科技大学资源与环境学院，陕西 西安 710021；2. 烟台大学化学生物理工学院， 山东 烟台 264005） 摘要：碳纳米管是由石墨层片卷成的管状结构的一种新型纳米材料，拥有独特的物理化学、电学、热学和机械性能以及十分诱人的应用前景。文章对碳纳米管的制备方法、性质、纯化及应用前景进行了简要的综述。 关键词：碳纳米管；合成；性能；纯化；应用 中图分类号G 311 文献标识码 A Progress of Research for Carbon Nanotubes Wang Quanjie 1,2,Wang Yanqing 1 （1.College of Resource and Environment，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021,China；2. Chemistry and Biology College，Yantai University，Yantai 264005,China）Abstract: Carbon nanotubes are a new class of nano-material with tubular structure formed via rolling-up of coaxial sheets of graphite. They have unique physicochemical, electrical, thermal and mechanical properties, opening up various intriguing possibilities for applications. The preparation methods, properties, methods of purification and application of carbon nanotubes are briefly reviewed. Key words: carbon nanotubes；synthesis；property；purification；application 自1991年日本科学家Lijima发现碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)，1992年Ebbesn等人提出了实验室规模合成碳纳米管的方法后，其独特的结构和物理化学性质受到人们越来越多的关注[1]。碳纳米管因具有尺寸小、机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,从而使其具有特殊的机械、物化性能，在工程材料、催化、吸附、分离、储能器件电极材料等诸多领域中具有重要的应用前景。 *基金来源：山东省科技攻关项目（2008GG10003020） **第一作者简介：王全杰，男，1950年生，教授 ***通讯联系人
隐身材料的应用与研究前景
隐身材料的应用与研究前景 摘要：探讨了隐身材料的种类与现状和存在问题，未来研究及发展方向等，介绍了雷达隐身、红外隐身等几种常见的隐身技术，分析未来隐身技术的发展趋势 关键词：隐身材料隐身技术 正文： 隐身材料是隐身技术的重要组成部分，在装备外形不能改变的前提下，隐身材料（stealth material）是实现隐身技术的物质基础。武器系统采用隐身材料可以降低被探测率，提高自身的生存率，增加攻击性，获得最直接的军事效益。因此隐身材料的发展及其在飞机、主战坦克、舰船、箭弹上应用，将成为国防高技术的重要组成部分。对于地面武器装备，主要防止空中雷达或红外设备探测、雷达制导武器和激光制导炸弹的攻击；对于作战飞机，主要防止空中预警机雷达、机载火控雷达和红外设备的探测，主动和半主动雷达、空对空导弹和红外格斗导弹的攻击。为此，常需要雷达、红外和激光隐身技术。 隐身材料的分类 隐身材料按频谱可分为声、雷达、红外、可见光、激光隐身材料。按材料用途可分为隐身涂层材料和隐身结构材料。 1.雷达吸波材料 雷达吸波材料是最重要的隐身材料之一，它能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。如日本研制的一种由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的宽频带高效吸波涂料，其中变换层由铁氧体和树脂混合组成，谐振层由铁氧体导电短纤维和树脂组成，在1～20吉赫的雷达波段上吸收率达20分贝以上。雷达吸波材料中尤以结构型雷达吸波材料和吸波涂料最为重要，国外目前已实用的主要也是这两类隐身材料。雷达吸波涂料主要包括磁损性涂料、电损性涂料。 (1)磁损性涂料磁损性涂料主要由铁氧体等磁性填料分散在介电聚合物中组成。目前国外航空器的雷达吸波涂层大都属于这一类。这种涂层在低频段内有较好的吸收性。美国Condictron公司的铁氧体系列涂料，厚1mm，在2～10GHz内衰减达10～12dB，耐热达500℃；Emerson公司的Eccosorb Coating 268E厚度1.27mm，重4.9kg/m2，在常用雷达频段内(1～16GHz)有良好的衰减性能(10dB)。磁损型涂料的实际重量通常为8～16kg/m2，因而降低重量是亟待解决的重要问题。 (2) 电损性涂料电损性涂料通常以各种形式的碳、SiC粉、金属或镀金属纤维为吸收剂，以介电聚合物为粘接剂所组成。这种涂料重量较轻(一般可低于4kg/m2)，高频吸收好，但厚度大，难以做到薄层宽频吸收，尚未见纯电损型涂层用于飞行器的报道。90年代美国Carnegie-Mellon大学发现了一系列非铁氧体型高效吸收剂，主要是一些视黄基席夫碱盐聚合物，其线型多烯主链上含有连接二价基的双链碳-氮结构，据称涂层可使雷达反射降低80%，比重只有铁氧体的1/10，有报道说这种涂层已用于B-2飞机。 2.复合型红外隐身材料 复合型红外隐身材料主要有涂料型隐身材料、多层隐身材料和夹芯材料。
碳纳米管的改性研究进展
碳纳米管的改性研究进展 摘要：碳纳米管因其独特的结构与优异的性能，在许多领域具有巨大的应用潜力而引起了广泛的关注。由于碳纳米管不溶于水和有机溶剂，极大地制约了其性能的应用，因此碳纳米管的功能化改性 就成为目前研究的热点。本文简要介绍了碳纳米管及其性质作，详细阐述了碳纳米管的改性研究进展，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词：碳纳米管；结构与性能；功能化；共价改性；非共价改性 1. 碳纳米管及其性能简介 1.1碳纳米管的结构 碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是1991年由日本筑波NEC公司基础研究实验室的Iijima在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时意外发现的一种具有一维管状结构的碳纳米材料。因其独特的准一维管状分子结构、优异的力学、电学和化学性质及其在高科技领域中潜在的应用价值，引起了世界各国科学家们的广泛关注，由此引发了碳纳米管的研究热潮和十多年来纳米科学和技术的飞速发展。 碳纳米管是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝、中空的 微管，每层纳米管是一个由碳原子通过SP2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的 六边形平面组成的圆柱面。根据构成管壁碳原子层数的不同，CNTs可以分为:单壁碳纳 米管(single-walled carbon nanotube，SWNT)和多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotube, MWNT)两种形式。MWNTs的层间接近ABAB堆垛，其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距（0.34nm）相当。MWNTs的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm；SWNTs典型的直径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。与MWNTs 比，SWNTs是由单层圆柱型石墨层构成，其直径的分布范围小，缺陷少，具有更高的 均匀一致性。无论是MWNTs还是SWNTs都具有很大的长径比，一般为100～1000， 最大可达到1000～10000，可以认为是一维分子。CNTs有直形、弯曲、螺旋等不同外形。在MWNTs中不同石墨层的螺旋角各不相同，由Euler定理可知，在CNTs的弯曲处，一定要有成对出现的五元环和七元环才能使碳纳米管在弯曲处保持光滑连续，而封 闭的两端半球形或多面体的圆拱形是由五元环参与形成的。但是实际制备的CNTs或多 或少存在这样那样缺陷，主要缺陷有三种类型：拓扑学缺陷，重新杂化缺陷和非完全键
智能材料最新进展及展望
智能材料最新进展及展望 李洁能动管（硕）42班2140803011 摘要：本文综述了智能材料的概念、分类，重点介绍了智能材料的基础材料——压电材料、形状记忆材料的设计思路、特异性能和影响因素。智能材料的研究内容非常丰富，涉及了许多前沿学科和高新技术，应用领域十分广阔。智能材料结构系统的研究必将把人类社会文明推向一个新的高度。 关键词：智能材料；压电材料；形状记忆材料；前景 1.智能材料的基本概念及分类 1.1智能材料的基本概念 20世纪80年代中期，人们提出智能材料的概念。智能材料要求材料体系集感知、驱动和信息处理一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料，具有自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。 对于智能的定义至今尚无统一的定论，我国科学家认为智能材料是模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地改变自身的一种或多种性能参数，做出所期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。 1.2智能材料的分类 智能材料按产生方式可分为天然智能材料和人工智能材料。前者主要指有机自然活体，比如肌肉、骨骼等，而后者是人为制造的具有智能功能的材料，因其中大部分受前者的启发而产生，故又称生物拟态材料。 智能材料按驱动方式可分为嵌入式智能材料（主动式智能材料）和本身具有一定智能的被动式智能材料。前者可以通过改变反馈系统，使其优化反应，能够随不同的条件做出不同的反应，还能够随时间发生变化，因而更加灵活机动，并为今后进一步发展成具有学习和预见能力的材料，促进智能材料向更高级阶段发展奠定了基础。【1】后者是某些材料结构本身具有随环境、时间改变的性能，例如变色太阳镜等。 2.智能材料的最新进展 2.1压电材料 压电材料是能够实现机械能与电能之间相互转换且具备压电效应的一类电
碳纳米管材料的研究现状及发展展望[英文]
Research status and development prospect of carbon nanotubes Abstract: Carbon nanotubes due to their unique structure and excellent physical and chemical properties, and has wide application prospect and huge commercial value. This paper reviewed the methods for preparing carbon nanotubes, structural properties, application and development trend of carbon nanotubes. Keywords: carbon nanotubes; preparation; antistatic; stealth; radar absorbing coating Nanometer material because of its size in the transition region junction of atomic clusters and macroscopic objects, with the quantum size effect, small size effect, surface effect and the macroscopic quantum tunnel effect and other characteristics, exhibit many unique physical and chemical properties. Nanometer material nineteen eighties early after the formation of the concept, the world have paid great attention. It has unique properties, physical, chemical, material research, biology, medicine and other fields with meters of new opportunities. 1, carbon nanotube preparation, structure and properties 1.1, the preparation of carbon nanotubes
碳纳米管研究进展
碳纳米管研究进展 摘要： 碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。 纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性，在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点。碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。 关键词： 碳纳米管、制备、应用、最新研究 正文： 1、碳纳米管的制备： 碳纳米管的制备方法主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等方法。 电弧法——石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定。放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物。由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。C.Journet等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 催化裂解法——催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成。目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。K.Hernadi等发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。 Ren等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解
碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导