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碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能，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。

碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级，它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。

对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多，碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料，若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料, 可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。

在工业上常用的增强型纤维中，决定强度的一个关键因素是长径比，而碳纳米管的长径比一般在1000:1以上，是理想的高强度纤维材料，碳纳米管的强度比同体积钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。碳纳米管因而被称“超级纤维”，莫斯科大学的研究人员曾将碳纳米管置于1011 MPa的水压下（相当于水下10000米深的压强），由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性，此外，碳纳米管的熔点是已知材料中最高的。

碳纳米管的应用领域：

（1）超级电容器：碳纳米管用作电双层电容器电极材料。电双层电容器既可用作电容器也可以作为一种能量存储装置。超级电容器可大电流充放电，几乎没有充放电过电压，循环寿命可达上万次，工作温度范围很宽。电双层电容器在声频、视频设备、调谐器、电话机和传真机等通讯设备及各种家用电器中均可得到广泛的应用。作为电双层电容器的电极材料，要求该材料结晶度高、导电性好、比表面积大，微孔大小集中在一定的范围内。而目前一般用多孔炭作电极材料，不但微孔分布宽(对存储能量有贡献的孔不到30%)，而且结晶度低、导电性差，导致容量小。没有合适的电极材料是限制电双层电容器在更广阔范围内使用的一个重要原因。碳纳米管比表面积大、结晶度高、导电性好，微孔大小可通过合成工艺加以控制，因而是一种理想的电双层电容器电极材料。由于碳纳米管具有开放的多孔结构，并能在与电解质的交界面形成双电层，从而聚集大量电荷，功率密度可达8000W/kg。其在不同频率下测得的电容容量分别为102F/g(1Hz) 和49F/g(100Hz)。

（2）催化剂载体：碳纳米管材料比表面积大，表面原子比率大(约占总原子数的50%) ，使体系的电子结构和晶体结构明显改变，表现出特殊的电子效应和表面效应，如气体通过碳纳米管的扩散速度为通过常规催化剂颗粒的上千倍，负载催化剂后可极大提高催化剂的活性和选择性。

（3）储氢材料：吸附是气体吸附质在固体吸附剂表面发生的行为其发生的过程与吸附剂固体表面特征密切相关。对于纳米粒子的吸附机理，目前普遍认为：纳米碳管的吸附作用主要是由于纳米粒子碳管的表面羟基作用。纳米碳管表面存在的羟基能够和某些阳离子键合，从而达到表观上对金属离子或有机物产生吸附作用。另外，纳米碳管粒子具有大的比表面积，也是纳米碳管吸附作用的重要原因。

（4）质子交换膜(PEM) 燃料电池：碳纳米管燃料电池是最具发展潜力的新型汽车动力源，这种燃料电池通过消耗氢产生电力，排出的废气为水蒸气，因此没有污染。它与锂离子电池及镍氢动力电池相比有巨大的优越性。可以用碳纳米管储氢材料储氢后供应氢，也可通过分解气油和其他碳氢化合物或直接从空气中获取氢给燃料电池提供氢源。

（5）碳纳米管在复合材料中的应用：碳纳米管除具有一般纳米粒子的尺寸效应外，还具有力学强度大、柔韧性好、电导率高等独特的性质，成为聚合物复合材料理想的增强体，在化工、机械、电子、航空、航天等领域具有广泛的应用。