第22章 碳纳米管（1 / 2）

在星陨理工大学中，学生可以根据自己的需要和能力，自行安排规划自己的课程。

因此，为了更好的完成两篇论文，蔡初阳和许多大学生一样，疯狂的将大学全部课程往大一学年和大二学年上放，一天中只要没有满课，那就继续往进塞课。

大学的前两年一晃而过，随着蔡初阳大学课程学习的推进，他在材料分子学领域的认知也越加深入。

因为他在大学前两年修完了全部课程，且成绩十分优秀，所以，大三刚开始，他就成功加入了星陨理工大学的碳纳米管研究团队。在团队导师的带领下，蔡初阳着手开始研究碳纳米管这一物质，并为他的毕业论文和学术论文做准备。

“碳纳米管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，其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。

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2~20nm。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。”

导师在讲台上如此讲道。

“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。可以说，碳纳米管在未来具有无限的前景。一旦我们文明掌握高效制备碳纳米管的方法，那么我们的科技将会迎来一次质的突破，尤其是航空领域，我们将可以制造太空电梯，届时我们再也不需要火箭这种传统的运输方式，太空电梯就可以轻松的把我们送上太空。”

蔡初阳一边听着导师的讲解，一边查看着“碳纳米管”的相关资料书籍。

“碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳米管（或称单层碳纳米管）和多壁碳纳米管（或称多层碳纳米管）。

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布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。

因此，单壁管是我们主要的研究与制备方向。”

“原来如此，也许我的论文可以从单壁管方面下手。”蔡初阳若有所思的想着。

“但是，这仅仅是碳纳米管的一种分类方式！实际上，根据碳纳米管的各种性能与性质，我们的科学家还进行了更多种分类。

碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管，锯齿形纳米管和手性纳米管。此类分类方法的依据是碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，根据手性指数的不同，我们将其分为了三类。

碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30°；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0°；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。

根据碳纳米管的导电性质，我们也可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k±1，碳纳米管为半导体型。

此外，按照是否含有管壁缺陷，我们可以将其分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。按照外形的均匀性和整体形态，我们也可将其可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。”

“居然有这么多种分类，之前我只是听过第一种分类方式...”蔡初阳感叹道。他突然觉得，自己的学识还是太过于浅薄，越往深的研究，就越发觉得它深不可测。

“不同类型的碳纳米管具有各自独特的性能与性质，因此，尽管我们团队主要研究的方向是单壁管，但是对于其他类型的碳纳米管，我们也要都进行研究。