纳米碳管(纳米碳管黑体可吸收多少电磁辐射)

金刚石与石墨是人们熟知的两种由碳原子组成的单质晶体，1985年以前人们一直认为碳的结晶态同质多象变体只有这两种。

1985年，英国的H.W.Kroto教授和美国的R.E.Smalley教授及R.F.Carl教授进行合作研究，用激光轰击石墨靶以尝试用人工方法合成一些宇宙中的长链碳分子。

在所得产物中，他们意外地发现了碳原子的一种新颖排列方式：60个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点，构成一个与现代足球形状相同的中空球状分子，称C₆₀分子。

C₆₀分子做最紧密堆积就可形成C₆₀晶体。

这一发现使Kroto、Smalley和Carl三位教授荣获1996年诺贝尔化学奖。

除C₆₀外，这种由碳原子组成的球状（笼状）分子还有C₇₀、C₅₀、C₃₆等等，它们被统称富勒烯（fullerenes），也有人称它们为足球烯（footballenes）。

正当有关C₆₀等富勒烯的工作迅速在全球掀起热潮甚至逐渐形成一个专门学科之时，碳晶体家族中又发现了新成员，这就是纳米碳管（Carbonnanotube），它是于1991年由日本Iijima教授在氩气中直流电弧放电后的阴极碳棒沉积碳黑中发现的。

纳米碳管的结构相当于一层（或多层）石墨层状结构卷曲后形成的管状。

富勒烯与纳米碳管的发现引起了科学界的广泛关注，这种特殊的笼状、管状结构开辟了分子成键、分子结构化学的新领域。

就象当年发现地球是圆的时候那样使人们感到惊叹！虽然目前在地质体中尚未发现富勒烯与纳米碳管，但还是有必要在此做简单介绍。

C₆₀晶体（Fullerite）。

【化学组成】纯C。

【晶体结构】等轴晶系，立方面心格子；a₀=1.402～1.417nm。

晶体结构特点为：60个碳原子以介于金刚石中的C—C键和石墨层内中的C—C键之间的过渡性质键性相联，共计有90个C—C键，所形成的C₆₀分子表面网架含有20个六边形和12个被隔开的五边形〔图18-6（a）〕。

球的直径约0.7nm，球体内外表面分布着π电子。

这样的球状C₆₀分子以等大球立方最紧密堆积形式形成C₆₀晶体，所以C₆₀晶体具有立方面心结构，每个晶胞中含有四个C₆₀分子，C₆₀分子之间以范德华键结合。

C₆₀分子可以在格点上自由转动，这导致它成分继硅、锗和砷化镓之后又一种新型半导体材料。

【形态】C₆₀单晶形态为立方体{100}与八面体{111}的聚形，见图18-6（b）。

【物理性质及应用】特殊的结构特点决定了C₆₀具有非常特殊的物理性质与应用价值。

首先，C₆₀晶体具半导体性能；其次，最引人注目的是掺杂C₆₀的超导性，例如：掺钾后的C₆₀具有18K的超导临界温度，掺铷后的C₆₀超导临界温度又提高到了30K。

此外，C₆₀分子的每个碳原子在笼外挂上一个氟原子，形成C₆₀F₆₀衍生物，则是一种超级耐高温（～700℃）润滑剂，可视为“分子滚珠”；将锂原子注入C₆₀笼内，可制成抗大气腐蚀的高效锂电池，等等。

总之，奇特的C₆₀分子结构导致其非凡的物理性能。

但是，这种奇特的结构形态不仅是绿茵场上使千万人着魔的足球形态，而且也是一种完善的力学和生命体结构，因为一些球形建筑物、一些病毒、胚泡等都具有这种类似的结构形态。

图18-6C₆₀分子形状（a）和C₆₀晶体形态（b）。

纳米碳管（Carbonnanotube）

【化学成分】纯C。

纳米科技的应用有可能为人类找到一条从根本上保护环境的可行措施。

在我们的印象中，纳米技术一般都用在尖端的科技产品上，但是在第五届全国环保产业暨第七届国际环保展览会上，人们惊喜地发现，纳米产品也亮相在环保领域。

这次展会上层出的纳米环保产品有高性能纳米密封胶、纳米甲体润滑剂、纳米涂料、纳米催化空气净化器等。

这些产品，显示纳米技术在环保领域已经实现了产业化。

运用纳米科技可以生产出使能源充分燃烧的。

物质，降低能源燃烧过程中因燃烧不充分而带来的污染，从源头上减少废气物的排放。

也可以生产出吸收废气的装置，把废气全部吸收并转化为有用物质。

利用纳米科技可以生产出能够降解的塑料，令人头疼的白色污染从此消失。

在产生噪声的机器上安装消音装置可以消除噪声污染。

各种废水也可以变得清澈透明并循环利用。

由于纳米科技时代，人们的工作方式也发生了变化，公共汽车可以彻底消失，交通拥挤的问题自然化解，尾气污染也就不复存在。

在纳米科技时代，有些思想家提出“4倍革命”的目标，即用相同数量的原料生产出4倍的产品。

不仅如此，人们甚至有理由期待实现6倍革命或更多倍革命。

纳米还可以将人们的生活空间拓展到太空。

将纳米科技运用于航空航天可以制造出更好的宇宙飞船，降低飞行成本，使更多地球人能够到月球和太空去生活和旅行。

利用纳米科技生产的纤维重量轻，柔韧性能好，是不会被自身重量所折断的材料，这就意味着很有可能利用这种材料以低廉的成本把人类从地球转移到太空的其他星球。

近年来科技的突飞猛进，正使梦幻一般的纳米时代提前到来，空中楼阁变成了真实的世界。

很多未来学家甚至乐观地预计，纳米技术在今后二三十年内将从根本上改变人类的处境。

预测表明，到2010年，全球纳米技术创造的年产值将达到14400亿美元；这无疑是一个诱人的“超级蛋糕”。

科学技术的每一次进步必定带动人类精神和文化生活的进步。无论何时人类总是追求丰富多彩的文化生活，到了纳米时代有了纳米技术作保证，人类的精神生活和文化生活将会更加多姿多彩。

纳米科技将会改变我们的阅读习惯。

由于芯片集成度随着线宽不断缩小而增加，微处理器性能将继续以指数形式增长，每18个月翻一番。

微控制器性能在网络中将普遍应用，视频各种功能的芯片将聚变更多的功能。

存储器容量每年将增长60％。

用纳米细微颗粒材料制成的只读光盘将成为低成本的出版物载体。

一张3寸光盘，可以储存上百万亿个字符；而且，如果使用生物纳米碳管，则储存量更大，可以达到1万亿个字符，相当于10印万本书的字数。

未来某一天，现有的硅质芯片将被体积缩小数百倍的纳：米管元件代替，巨型计算机小到可被随手放进口袋；而美国国会图书馆的全部信息，将被压缩到一个糖块大小的设备中。

那时人们就不必都去同一个图书馆读书了，也不受时间、地点和空间的限制，无论何时何地，想读什么样的书都将变得自由自在。

纳米技术会为彩电业带来天翻地覆的革命。

首先它会改变家电的外观。

彩电等家电一般被称为黑色家电，这是因材料中需加入碳黑进行静电屏蔽。

而利用纳米技术，人们已研制出可静电屏蔽的纳米涂料，进而控制涂料颜色，黑色家电将变成“彩色”家电。

其次纳米技术可以使电视的显示更加清晰。

可以预测，在21世纪20年代将出现像纸一样薄的由纳米材料构成的大屏幕液晶显示屏。

这种电视高清晰度、无辐射、耗电低，它的显示材料是由特种的纳米级材料组成，而电视的全部元件都是使用纳米材料。

这是第四代的高清晰度电视的基本模型。

纳米不仅会使我们的精神生活的形式发生变化，而且还会丰富我们的娱乐内容。

纳米世界也与宏观世界一样，都存在着各种微观物质的活动；而且，活动的种类和内容更加丰富多彩。

在纳米科技时代，可以将无数台分子摄像机放入血管中，拍摄一部病菌和杀菌分子机器人“决斗”的记录片，其真实性超过现实人们用电脑合成的仿生动画片。

这些由纳米设备制成的与我们人类息息相关的故事更会提起人们的兴趣。

利用这一纳米电影形式，还可以帮助人们诊断疾病和观察病人治疗情况。

在未来我们还会听到纳米发出的声音。

纳米世界与宏观世界一样都是大自然的千部分。