1960 年，Bacon在壓強為9.2 Mpa的氬氣中、溫度為3600 ℃的情況下，進行了炭棒電弧放電，碳蒸氣沉積在基底上形成了長度約5 cm、平均直徑約為5mm的石墨晶須(Graphite Whiskers)，其實物與構造模型如圖1-6所示，這是有關碳納米卷(Carbon nanoscroll, CNS)的最早報導[17]。
基本介紹
- 中文名：碳納米卷
- 外文名：Carbon nanoscroll
- 發明時間：1960 年
- 平均直徑約：5mm
碳納米卷,結構及分類,製備,
碳納米卷
圖1-6 石墨晶須的(a)實物與(b)構造模型圖2003 年，Kaner小組在《科學》雜誌報導了在低溫、無催化劑條件下製備碳納米卷的方法[18]。這種乘挨方法首先在石墨層之間插入鉀原子後和乙醇反應，迫使形成的碳片脫落，碳片經超聲處理後生成碳納米卷。這一處理過程如圖1-7所示。透射電子顯微鏡分析表明這些像“膠片”一樣捲起的碳納米卷，層數25到55不等，層片間距為0.34 nm，平均直徑約為40 nm。
2009 年，清華大學的李群慶小組報告了製備高質量碳納米盼備朽卷的一種簡單有效的方法，就是將固定在SiO2/Si襯底上的單層石墨烯片通過使用異丙醇將其捲起[19]。透射電子顯微鏡研究顯示這個碳納米卷有一個中空的由單層石墨烯片圍起的管狀結構。拉曼光譜研究顯示這個碳納米卷無重大缺陷，其電子墊潤蘭腳結構與聲子色散跟二維石墨烯略有不同。
可能是實驗室製備高質量的碳納米卷難度很大，科學家們更喜歡用一些材料軟體研究其性質。2004年，Braga小組使用分子動力學(Molecular Dynamics，MD)方法模擬研究碳納米卷的形成，穩定性，以及由於電荷注入對其結構的影響[20]。2005年馮遠平小組使用基於密度泛函理論的CASTEP 軟體研究了碳納米卷的電子和光學特徵[21]。研究顯示在艱提辨費密面附近的能帶水平歸因於碳納米卷邊緣的碳原子未被飽和，計算的反射光譜和損失函式表明單壁碳納米和多壁碳納米管的一些特性。2006年Galvão小組使用基於密度泛函理論的SIESTA 軟體研究了碳納米卷結構的機電反應[22]。研究顯示，碳納米卷對其軸向變形反應的靈敏度遠遠低於其被注入電荷後的徑向回響靈敏度。2010年布朗大學的高華健小組用分子動力學方法模擬研究了固定在襯底上的碳納米卷的平行滾動捲曲/展開[23]。2010年，石油大學的碩士研究生夏丹通過分子動力學研究提供了一種製備新型碳納米管/碳納恥習汗端米卷同軸電纜型新材料的方法[24]。
圖1-7 製備碳納米卷的化學路線結構及分類
碳納米卷可看成是由單層石墨烯捲曲而成,把二維石墨烯平面像膠片一樣捲起，對照碳納米管的命名分別稱其為扶手椅型碳納米卷(Armchaircarbon nanoscroll, ACNS)和鋸齒型碳納米卷(Zigzagcarbon nanoscroll, ZCNS)、手性形碳納米卷(Chiral carbon nanoscroll, CCNS)。手性形碳納米卷由於其結構複雜迄今為止未見任何報導，故本文亦不作研究。
製備
實驗室製備碳納米卷的常用方法有電弧放照紙屑電、超聲剝離石墨片、異丙醇捲起單層石墨烯片等三種方法。迄今為止，還沒有見到批量生產碳納米卷的工業方法的報導。由於實驗室您她淋製備高質量的碳納米卷難度很大，科學家們更喜歡用一些材料軟體研究其性質。2010年，石油大學碩士生夏丹通過分子動力學模擬提供了一種製備新型碳納米管/碳納米卷同軸電纜型新材料的方法[24]。這種材料是通過捲曲單層的石墨烯納米帶製得，並且所製得的納米卷的直徑和手性是可控的。
