多壁碳纳米管的材料性能分析

CNT具有优良的机械和电子特性，如高屈服强度、大电流密度、强导电性和低热量耗散^[12]。基本上，CNT是一个空心管，其由碳原子构造而成。碳的这种空心结构被称为富氏烯。通常情况下，六富氏烯由六边形和五边形组成的球形构成。最有名的例子是C₆₀，其由60个C原子组成^[12]。CNT也就是一种富氏烯，但是它往往处于一根长空心管中，其两端表现为半球形的杯状。管壁原子如同石墨一样呈六角型连接，管端原子如同C₆₀一样呈六角形和五角形混合连接^[12]。基本上，这种结构解释了高强度和优良电气特性的来源。CNT具有高机械强度和大长宽比。后者使其适合作为塑料复合材料导电网络的填料，这也导致了复合材料导电性的增加，以实现电磁屏蔽。

MWCNT意味着一个碳管里面有很多CNT。这些CNT具备金属和半导体性质。并且，在MWCNT中的CNT可以呈同心或螺旋状分布。由于包含CNT，且CNT具有金属和半导体特性，所以，MWCNT也是金属导电的^[24]，并可以用来作为制造塑料复合材料的导电填料。在这项研究中，MWCNT是通过电弧放电沉积法（Arc-discharge Deposit Method，ADM）制造的^[25]。其中，电极是间距1～2mm的石墨棒，外加电压为15～30V，实验的直流电流约为50～150A，外加氩气压力为500～760Mbar。阴极沉积物里包含25%MWCNT、10%碳纳米胶囊和65%的无定形碳。电子扫描显微镜（SEM）的观察发现，这些MWCNT的长宽比约为200～500。通过ADM生产的MWCNT不像那些通过化学气相沉积法（CVD）生产的MWCNT，后者中存在金属催化剂颗粒。Fe和Co等金属催化剂颗粒，将对导电性产生影响，这是Kim的研究团队所发现的^[26，27]。MWCNT呈针状，其从大量的空心碳纳米胶囊中伸出，如图18.1a所示。图18.1b所示为MWCNT的透射电子显微镜（TEM）图像，可以通过该图看到多层CNT。

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图18.1 MWCNT的SEM和TEM图像

a）MWCNT的电子SEM图像 b）MWCNT的TEM图像