碳納米錐（carbon nanocone）是指碳原子組成的錐狀結構，碳的同素導形體大家族中的一個新的成員。在製備碳納米管時，常出現納米錐。納米錐可構成納米管的封頭，也能單獨存在。單體納米錐，其底部具有拱形封蓋，也可看到沒有封蓋、底部是敞開的錐體。
基本介紹
- 中文名：碳納米錐
- 外文名：carbon nanocone
- 學科：冶金工程
- 領域：能源
- 範圍：冶煉
- 釋義：碳原子組成的錐狀結構
簡介,扇形與椎體,碳納米管的結構,
簡介
碳納米錐（carbon nanocone）是指碳原子組成的錐狀結構，碳的同素導形體大家族中的一個新的成員。在製備碳納米管時，常出現納米錐。納米錐可構成納米管的封頭，也能單獨存在。單體納米錐，其底部具有拱形封蓋，也可看到沒有封蓋、底部是敞開的錐體。
扇形與椎體
把一個扇形（圖1）捲起來，使其側邊OA和OB重疊就成為一個錐體。錐角θ的大小取決於扇形的張角α。把圖2中的一個張角為60°的扇形六角碳網層捲起，使其兩側邊互相重疊就構成了一個碳納米錐。圖2中有小圓圈的網眼，如果換成五員環，圖中塗有陰影的部分就自動捲成一個納米錐，其錐角θ的理論值為19.2°，錐頂呈拱形，其中有5個五員環（圖2b）。
這個扇形的兩個側邊連線起來，六角碳網的連續一致性仍然保存，完整無缺。這樣的兩個側邊稱為可互相匹配。六角碳網層中由5個五員環誘發而生成的納米錐出現的頻率最高，觀察到的錐角約為20°與理論值相符。在電孤火花故電所產生的的蒸氣中，納米錐的形成過程，實際是首先生成拱頂蓋，圍繞頂蓋的周邊，六角碳網再逐漸生長延伸。
圖1
圖2碳納米管的結構
碳納米管的結構為管的直徑和螺旋角所決定，碳納米錐的結構則只由錐角這一個參數所決定。把六角碳網層組成的扇面捲起，為了使扇面的兩個側邊能互相匹配，錐角θ只能取某些特定的數值，不然扇形兩邊的重合不能產生完整無缺的六角網。錐角的大小為構成錐頂的五員環的數目n所決定。n為5，4，3，2，1時，錐角θ分別為：19.2°，38.9°，60°，83.6°，112.9°。
圖3為錐角θ=19.2°的單層納米錐的正面結構，通過上、下兩側中心線的平面錐體分為正面和背面兩個部分，這兩部分對這一剖分面互為鏡像當納米錐沿著錐軸逐漸延伸，其橫斷面隨之逐漸增大，其拱形頂部是零維的富勒碳，中都類似於一維的納米管，錐體廷伸得很長時，其端部則逐漸接近於二維的石墨層面，因此碳納米錐具有從富勒碳連續地過渡到石墨的結構。這點十分特殊，納米錐應具有相當複雜的能帶結構。從結構上看，碳納米錐從絕緣性的頂部逐漸連續地變化到金屬性的底部，具有梯度材料的特性，因此可望在分子級電子器件中得到重要的套用。
圖3