碳纳米管是由长链碳原子连成环形结构的碳烯烃分子，它是自然界中最小的碳框架分子，也是由6个ε-碳原子及它们之间的单碳键而构成的，可用来制备特殊的纳米材料。它可形状多变、且具有非常优越的特性，是现代从宏观到纳米尺度的研究的热点，被称为理想的碳材料。



一、碳纳米管的结构

碳纳米管是一种环状单分子结构，构成它们的原子由非常宽度的碳链向扭起来，构成一种“芳香”结构类似拱桥状的结构。碳纳米管可以分为两类：单壁碳纳米管（SWCN）和多壁碳纳米管（MWCN）。

SWCN是一种直线结构，这种结构诞生于1991年，它们的长度从几十纳米到几百纳米，可将SWCN看作是一条以最短的距离将两端联接起来的长线。而MWCN则具有更小的直径，它重复出现的单环构מ链接而成，其比SWCN要短，外形也更为弯曲。

二、碳纳米管的特性

强度：由于碳纳米管具备着完美的结构，具有不同的直径和壁厚，它们的强度比一般碳素基体要高30到50倍，甚至比钢的20倍以上。

导电性：碳纳米管的导电性越来越受到关注，这要归功于它易被控制的半导体性质以及可打开的气孔结构。它们的电阻介电常数远远大于金属和其它通常的介质，例如橡胶、金属和金属氧化物，硅酸盐。

化学稳定性：由于碳纳米管内部结构比较稳定，它们对化学腐蚀性也很高。碳纳米管最大的优点之一就在于它们比较好地忍受空气中的氧，抗腐蚀性很强，适合很多应用场合，在高温的环境中仍形成结实的碳网络，给工业制造带来了很多方便。

三、碳纳米管的应用

由于其独特的性能，碳纳米管可用于多种领域。例如：

（1）储能领域：由于碳纳米管具有良好的电学特性及其高表面积，可作为超级电容器的电解质材料，进而实现快速充电放电。

（2）活性领域：碳纳米管电子结构使其具有优异的光电性质，可用于太阳能电池、光催化有机反应中的环境污染物的脱除及医学诊断等等。

（3）纳米加工领域：由于具有很强的机械性质，碳纳米管可用作标准显微刀具，或作为微纳米机器人平台，进行一些精细加工。

（4）材料科学领域：研究人员把碳纳米管用作原子间距控制的基础，以表征范德华力和其它相互作用的受控的原子的有序排列，进而改进碳基纳米材料的性能。

四、碳纳米管的研发与发展

随着碳纳米管的发展，碳纳米管的应用越来越广泛，其结构

碳纳米管（Carbon Nanotubes）又称为碳管，是一种新型的二维纳米结构材料，能够发挥出无限的应用潜力。它由一种名为石墨烯（graphene）的二维薄片形成，当多个片层叠在一起时，就形成碳管，同时又保持一定的结构、稳定性。

碳纳米管的结构特性
碳管的主要构成部分是石墨烯，其结构图如下图所示：


由上图可以看出，碳纳米管是由多个蜂窝形状的石墨烯片层组成，其结构中比较明显的特点有：一，碳纳米管本身就是一个外称“管”型的结构，具有一定的壁厚，外壁为石墨烯，内壁以卷曲的石墨面构成；二，碳纳米管的内径可以达到一个原子的大小；三，它具有很高的抗拉强度和抗压强度，弹性模量高。

碳纳米管的物理性质

由于碳纳米管的结构特殊，使得它具有独特的一些物理性质：一是具有极强的耐拉强度，纳米管的抗拉伸性能的极限，可高达600GPa，超过传统钢材的数百倍；二是具有极强的耐电性，它可以承受高达100伏的超高电压，并且具有很高的抗热性能，可在超高的温度和高压下仍保持牢固的稳定性；三是具有良好的导电性 can conduct electricity very well。碳纳米管的管壁还可以吸附其他原子或分子，这是它作为一种催化剂最重要的物理性质之一。

碳纳米管的化学性质

碳纳米管的化学性质主要表现在三个方面：一是耐腐蚀性，碳管对常见的有机溶剂或无机离子的腐蚀有着很大的抗力；二是不需要表面修饰就能够起到一定的稳定性和抗 Water Wetting 的作用；三是碳管受到离子浓度和电极位置等因素的影响会有一定的化学反应发生，它可以作为一种比较有效的类似电解质的催化剂来促进化学过程的进行。

碳纳米管的生物医学应用

碳纳米管具有高分子特性，其中它可以有效结合生物大分子，使得碳管可以在生物体内发挥作用，具有很多的生物学应用。例如，碳纳米管在生物传感、生物成像、基因学和药物传递方面具有重要的作用，可以作为一种最新的智能药物传递体材料，将药物定点释放到特定的生物系统来发挥作用，从而解决药物的吸收等问题。

碳纳米管的应用

碳纳米管的应用可以分为电子、能源领域和物质转化领域三个方面：

一是应用在电子领域，碳管具有极高的传导性和低噪声特性，可用于制作研究用的电子器件，如电容器、电阻、电磁元件和传感器等。

二是应用在能源领域，由于其电子特性