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碳纳米管(carbon nanotube,CNT)是一种仅含有碳元素的非金属单质材料,由碳原子以sp²杂化方式紧密堆积而成中空管状结构。由于单个碳纳米管的结构与石墨相似,故其热学、电学等性质均具有半导体特性[1] 。

2004年,美国NASA的“深度低地轨道探索器”(DEEP-SEE)利用红外相机首次在距离地球表面3.5 亿千米的外太空发现碳纳米管。此后,人们又在太阳系外行星和恒星等宇宙天体中发现了碳纳米管的踪迹[2] 。

时至今日,科学家已经掌握了制造碳纳米管的方法并对其性能展开了深入的研究,但关于其起源及早期演化历程等问题仍然没有得到解答。

目前,关于碳纳米管的起源主要有下面四种假说:

1.自下而上型:首先形成无机纳米颗粒,然后再无规律排列或结合形成碳纳米管;该种类型的碳纳米管一般较长,直径分布范围较宽且不均匀;

2.自上而下型:从溶液中直接合成炭膜然后制备碳纳米管;得到的碳纳米管长度较短,直径分布相对集中;

3.中间过渡型:先合成含碳纳米管的碳膜,再通过磨擦或者刻蚀的方式制得碳纳米管;获得的碳纳米管长度短、直径分布窄;

4.复合型:将不同形态的碳通过特殊工艺混合在一起制成异相碳基复合材料;可以根据需要调控碳纳米管含量从而得到不同性能的复合材料。

除上述四类主要假说之外,还有人提出了其它的理论来解释碳纳米管的起源,如星际云中的有机分子合成的假设等。 无论哪种类型的假说都还存在许多疑点,所以至今还没有形成统一的看法。

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