碳纳米管与石墨、金刚石一样，都是良好的热导体。 其热学性能不仅与组成它的石墨片本质有关，而且与其 独特的结构和尺寸有关。

　　电弧法是最早的制备碳纳 米管的方法，工艺比较简 单。它是在真空反应器中 充以一定压力的惰性气体 或氢气，采用较粗大的石 墨棒为阴极、细石墨棒为 阳极，在电弧放电的过程 中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。 催化剂的种类、配比，电流大小、不同气氛等，可 以制备出单壁、双壁和多壁碳纳米管。

　　动态法 利用动态波促使石墨直接转变成金刚石。 动态冲击波可由爆炸、强放电和高速碰撞等瞬时产 生，在被冲击介质中可同时产生高温高压，使石墨 转化为金刚石。该法作用时间短(仅几微秒)，压力 及温度不能分别加以控制，但装置相对简单，单次 装料多，因而产量高。产品为微粉金刚石，可通过 烧结成大颗粒多晶体，但质量较差。 石墨转化法所得的金刚石往往是细粒乃至粉末， 使用时往往需烧结。此外，产品中还含有未反应的 石墨、催化剂等杂质，因此还需提纯。这种产品主 要用于精密机械制造领域。

　　碳纳米管的结构 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构 （径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管 子两端基本上都封口）的一维量子材料，可看作是 由片层结构的石墨卷成的无缝中空的纳米级同轴圆 柱体，两端由富勒烯半球封帽而成。 碳纳米管的实际结构比理想模型复杂得多，它 是由理想同心石墨片圆柱形结构，而很多是卷曲石 墨结构，结构中存在大量位错，而且横截面是多边 椭圆形。

　　1991年1月由日本NEC公司的物理学家饭岛澄 男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产的碳纤维中 发现碳纳米管。 科学家们预测碳纳米管将成为21世纪最有前途 的一维纳米材料，纳米电子器件材料和新一代平板 显示材料。

　　碳纳米管是由石墨中的的碳原子卷曲而成的管 状的材料，管的直径一般为几纳米(最小为1纳米左 右)到几十纳米，管的厚度仅为几纳米。 实际上，碳纳米管可以形象地看成是类似于极 细的铁丝网卷成的一个空心圆柱状的长“笼子”。 碳纳米管的直径十分微小，十几万个碳管排起来才 有人的一根头发丝宽；而碳纳米管的长度却可到达 一百微米。

　　美国贝尔实验室的研究小组使用富勒烯在较高温 度下(117K)制造出了电阻为零的有机超导体。

　　在学术界，一般认为碳的同素异形体包括： 金刚石、石墨、碳笼原子簇和碳纳米管。

　　石墨，混合键型或过渡型晶体，碳原子间以sp2 杂化成键；无定形碳和碳黑都是微晶石墨。

　　从1992年起，中国科学院物理所解思深研究员 开始利用放电法和化学方法制备碳纳米管。 1995年 发明了一种在孔内含有纳米催化剂颗粒的、多孔的 二氧化硅的衬底上生长定向碳纳米管的方法（已获 中国发明专利），制备出大面积、高密度、离散分 布的定向碳纳米管。管径均匀为20纳米，管间距为 100纳米，管长约为100微米。 这一研究工作，于1996年在 “Science”上发表。

　　此外C60能承受20Gpa的静压，可用于承受巨大 压力的火箭助推器； C60的球形结构，可望成为超级润滑剂；

　　广泛的应用还有许多问题需要解决。例如，富勒烯 及其衍生物的合成必须有新的突破，因为目前成功 的合成法所得的富勒烯成本是很高的，很大程度地 限制了其应用的研究开发。

　　光学性质 C60具有非线性光学性质，随着光强不同，它 对入射光的折射方向也发生改变。C70能把普通光转 化成强偏振光，因此C70有可能用作三维光学电脑开 关，可能用于光纤通讯。

　　医学领域 某些水溶性C60衍生物具有生物活性。二氨基二 酸二苯基C60具有抑制人体免疫缺损病毒酶HIVP的 功效，因此有可能从富勒烯衍生物中开发出一种治 疗艾滋病的新药。

　　激光蒸发法 激光法是用高能 量密度激光照射 置于真空腔体中 的靶体表面，将 碳原子或原子基 团激发出靶的表 面，在载体气体 中这些原子或原 子基团相互碰撞 而形成碳纳米管。

　　C60 是20世纪的重大科学发现之一。Kroto等人 因此而荣获1996年诺贝尔化学奖。

　　以C60为代表的富勒烯均是空心球形构型，碳原 子分别以五元环和六元环而构成球状。如C60就是由 12个正五边形和20个正六边形组成的三十二面体， 像一个足球。每个五边形均被5个六边形包围, 而每 个六边形则邻接着3个五边形和3个六边形。

　　金刚石的合成 金刚石合成已有四十多年的历史。已报道的合 成方法大致可分为两类：石墨转化法和气相合成法 ★石墨转化法 常温常压下石墨转化为金刚石是非自发的，但 在高温高压(由疏松到致密)下可能实现这种转化， 其温度和压力条件因催化剂的种类不同而不同。

　　石墨转化法可分为静态超高压高温法和动态法 两种。 静态超高压高温法 用高压设备压缩传压介质产 生3～10GPa的超高压，并利用电流通过发热体，将 合成腔加热到l000～2000℃高温。其优点是能较长 时间保持稳定的高温高压条件，易于控制。该法可 得到磨料级金刚石，但设备技术要求高。 为了获得粒度较大的优质金刚石单晶，普遍采 用过渡金属(Ni，Fe，Co等)及其合金作触媒，保持 约5GPa的压力、1500K的温度到一定的时间，使石 墨转化金刚石。要获得优质粗粒的金刚石单晶，一 般用石墨片与触媒片交替组装的方式。

　　金刚石呈正四面体空间网状立体结构，碳原子 之间形成共价键。当切割或熔化时，需要克服碳原 子之间的共价键，金刚石是自然界已经知道的物质 中硬度最大的材料，它的熔点高。 金刚石主要用于精密机械制造、电子工业、光 学工业、半导体工业及化学工业。天然金刚石稀少， 只限于用作装饰品，因此人工合成金刚石正在成为 碳素材料中的重要研究开发领域。

　　得了令人瞩目的进展。这些以单质碳为基础的无机 碳化学给人们展现了无限的想象空间。  IBM表示将开发在碳纳米管上融合一片集成电路

　　石墨具有层状晶体的结构。在晶体中，C原子 采用sp2杂化轨道成键，彼此间以键连接在一起， 同时在同一层上还有一个大  键。

　　石墨内部的碳原子呈层状排列，一个碳原子周围只有 3个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状， 无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常 弱，而层内三个碳原子联系很牢，因此受力后层间就 很容易滑动，这就是石墨很软能写字的原因。

　　化学气相沉积法因设备简单最可能实现可大规 模工业化生产，而成为目前研究最广泛的碳纳米管 合成方法。

　　按照催化剂的形态不同，可以分为基种法和浮 动法两种。 基种法的催化剂颗粒事先准备好后放置在反应 室中，而浮动法的催化剂在反应室的位置不固定， 通常在反应室中漂浮。

　　它主要以C2H2气体做碳源，以金属催化剂做晶种， 在相对低的温度下（500～1000℃）C2H2裂解而得到 碳纳米管。 由于生长温度较低，所得的碳纳米管不直， 常含有较多的缺陷和杂质。如图中白色箭头所示。

　　３、按导电性能分类 按照碳纳米管的导电性能，可分为导体性管和 半导体性管。 单壁碳纳米管的导电性能介于导体和半导体之 间，其导电性能取决于碳纳米管的直径和螺旋角。

　　４、按排列状况分类 按照碳纳米管的排列状况分类，碳纳米管可分 为定向的和无序的碳纳米管。 由于碳纳米管长径比很大，而且具有良好的柔 韧性，使得制备出来的碳纳米管易于发生弯曲而相 互缠绕，影响碳纳米管的性能。 获得大面积的、定向排列的多壁碳纳米管，甚 至是定向排列的单壁碳纳米管阵列具有重要的意义。

　　碳纳米管的分类 １、按石墨层数分类 根据组成碳纳米管管壁中碳原子层的数目，碳 纳米管可被分为单壁碳管和多壁碳管。

　　２、按手性分类 根据手性分类，碳纳米管可分为非手性型管 （对称）和手性型管（不对称）。 对于非手性碳纳米管，其结构可以经过一定的 对称操作而重合。 非手性型管可分为：扶手椅型管和锯齿型管。

　　富勒烯的应用前景 从化学和材料科学的角度来看，富勒烯具有重 要的学术意义和应用前景，其中最早令人关注的是 金属掺杂富勒烯的超导性。 由于室温下富勒烯是分子晶体，C60的能带结 构表明是半导体，能隙为1.5eV。但经过适当的金 属掺杂后，都能变成超导体。 掺杂富勒烯超导体有两个特点： 一是与一维 有机超导体和三维氧化物超导体不同，掺杂富勒烯 超导体是各向同性非金属三维超导体；二是超导临 界温度Tc比金属超导体高，如掺杂I的IxC60的Tc已达 57 K。

　　国际化学界权威学术刊物《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc.)刊发了中国科技大学陈乾旺教授领 导的研究组的论文“低温还原二氧化碳(CO2)合成 金刚石” 。 他们自己研制高压反应釜进行实验，用安全无 毒的二氧化碳作原料，使用金属钠作为还原剂，在 440℃和800个大气压的条件下，经过12小时的化学 反应，终于成功地将CO2还原成了金刚石。 能生长出1.2毫米的金刚石，有望达到宝石级， 产物外观无色、透明，可与天然金刚石媲美。 此法CO2转化金刚石的产率达8.9% ，工艺重复 性好。

　　 C60的合成 1985年以激光气化石墨法只能制取几毫克的 C60，不足以开展大量的研究。直到1990年，C60的 合成才取得突破。目前C60的合成法主要可分为以下 两种： ★石墨气化法 电弧放电法气化石墨，每小时可气化10g，产 物是一种黑色粉末，是C60和C70的混合物。用升华 法、色谱法等可得到纯的C60和C70。 ★纯碳燃烧法 在573～673 K真空中加热特制的炭黑，收集蒸 气凝结成的固体，制得C60和C70。

　　碳纳米管与石墨一样，碳原子之间是sp2杂化，每个碳原 子有一个未成对电子位于垂直于层片的π轨道上，因此碳纳米 管具有优良的导电性能。根据卷曲情况的不同，碳纳米管的电 学特性可表现为金属型或半导体型。

　　碳纳米管是由自然界最强的价键之一，sp2杂化形成的C ＝C共价键组成，因此碳纳米管是所有已知最结实、刚度最高 的材料之一。它弹性模量大于1TPa，能承受大于40%的张力应 变而不会呈现脆性行为、塑性变形或键断裂

　　气相法是用含碳气态物质作碳源，产物往往是 附在基体上的金刚石薄膜。 气相法成功地制成了膜状金刚石，使金刚石的 应用范围大大扩展，因为高温高压合成的金刚石及 天然金刚石的应用只是利用其高硬度特性，其他优 异的特性均因形态的限制而未能得到很好的开发和 利用。膜状金刚石必然会进入半导体工业、电子工 业及光学等领域。

　　C240乃至C540等，它们都具有空心的球形结构，属于 笼形碳原子簇分子。由于C60的结构类似建筑师 Buckminster Fuller设计的圆顶建筑，因而称为富勒 烯(Fullerend)，也有布基球、足球烯、球碳、笼碳半岛综合体育官网登录入口半岛综合体育官网登录入口