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第1章 碳及纳米碳管概述1

1.1 碳的广泛性、特殊性及多样性1

1.1.1 碳的广泛性1

1.1.2 碳的特殊性5

1.1.3 碳的同素异性体10

1.2 纳米碳管的发现16

1.2.1 纳米碳管的发现及合成16

1.2.2 石墨晶须、气相生长碳纤维、纳米碳纤维和纳米碳管的类同和区别20

1.2.3 纳米碳管的合成方法简介24

1.3.1 纳米碳管的特性27

1.3 纳米碳管的持性应用前景及发展方向27

1.3.2 纳米碳管的应用前景32

1.3.3 纳米碳管的发展方向39

参考文献40

第2章 纳米碳管的制备及纯化方法48

2.1 多壁纳米碳管的制备48

2.1.1 电弧法48

2.1.2 催化热解法50

2.1.3 其他方法56

2.2 单壁纳米碳管的制备58

2.2.1 电弧法58

2.2.2 激光蒸发法62

2.2.3 催化热解法65

2.2.4 太阳能法72

2.2.5 直径最小的单壁纳米碳管73

2.3 双壁纳米碳管的制备74

2.3.1 富勒烯充填处理法74

2.3.2 电弧放电法75

2.3.3 流动催化法（浮游法）76

2.4 纳米碳管阵列80

2.4.1 多壁纳米碳管阵列80

2.4.2 单壁纳米碳管绳85

2.5 纳米碳管的生长机理90

2.5.1 催化热解法91

2.5.2 电弧法和激光蒸发法93

2.5.3 单壁纳米碳管98

2.5.4 单壁纳米碳管束105

2.6 纳米碳管的提纯106

2.6.1 物理法纯化多壁纳米碳管106

2.6.2 化学法纯化多壁纳米碳管107

2.6.3 单壁纳米碳管的提纯109

参考文献114

第3章 纳米碳管的结构与拉曼光谱表征119

3.1 纳米碳管的基本结构120

3.1.1 单壁纳米碳管的结构特征120

3.1.2 单壁纳米碳管的晶格参数125

3.1.3 规则纳米碳管的结构和欧拉定律127

3.1.4 纳米碳管的连接130

3.2 纳米碳管的基本结构132

3.2.1 多壁纳米碳管132

3.2.2 单壁纳米碳管的管束及管束环134

3.2.3 纳米碳管结构的稳定性136

3.3 纳米碳管结构的观察143

3.3.1 纳米碳管的实验观察分析143

3.3.2 纳米碳管各种结构的实验观察146

3.3.3 纳米碳管结构的控制149

3.4.2 纳米碳质材料的拉曼光谱研究152

3.4 纳米碳管的拉曼光谱表征152

3.4.1 拉曼（Raman）光谱简介152

3.4.3　纳米碳管的拉曼和红外活性振动模153

3.4.4 单壁纳米碳管的声子色散关系157

3.4.5 多壁纳米碳管拉曼光谱的实验研究160

3.4.6 单壁纳米碳管呼吸模和碳碳伸缩模的拉曼光谱161

3.4.7 单壁纳米碳管的共振拉曼光谱164

3.4.8　通过拉曼光谱判断单壁纳米碳管的导电性169

参考文献172

第4章 纳米碳管的表面特征与孔结构176

4.1 纳米碳管中的气体吸附177

4.2 纳米碳管的表面178

4.2.1 纳米碳管表面化学结构的不均匀性179

4.2.2 单壁纳米碳管的比表面积183

4.2.3 多壁纳米碳管的比表面积及其对碳管外径的依存性186

4.2.4 纳米碳管的成束状况188

4.2.5 大表面积纳米碳管的制备和孔径控制189

4.3 纳米碳管中的孔隙及其决定的吸附过程190

4.3.1 基本孔隙——纳米碳管的准一维纳米中空管192

4.3.2 单壁纳米碳管的氮吸附和多维孔径结构194

4.3.3 多壁纳米碳管的多维孔隙结构及其决定的多段吸附过程195

4.3.4 纳米碳管多维孔隙结构模型198

参考文献200

第5章 纳米碳管的力学性能及其应用203

5.1 纳米碳管力学性能的理论研究204

5.1.1 纳米碳管的弹性模量205

5.1.2 纳米碳管的Stone-Wales形变207

5.1.3 纳米碳管断裂的理论分析209

5.2 纳米碳管力学性能的实验研究211

5.2.1 纳米碳管的轴向模量211

5.2.2 纳米碳管的径向模量218

5.2.3 纳米碳管的拉伸强度219

5.3 纳米碳管力学性能的应用227

5.3.1 扫描探针显微镜的探针227

5.3.2 纳米碳管在复合材料中的应用230

参考文献238

第6章 纳米碳管的电磁性能及其应用241

6.1 纳米碳管的电子能带结构242

6.1.1 二维石墨烯242

6.1.2 单壁纳米碳管243

6.1.3 管束和多壁纳米碳管249

6.1.4 纳米碳管结251

6.1.5 单壁纳米碳管电子态密度的实验测定256

6.1.6 纳米碳管的电子能量损失谱261

6.2 纳米碳管中的电子输运及磁学性质262

6.2.1 纳米碳管的电子输运特点262

6.2.2 多壁纳米碳管的电学特性264

6.2.3 单壁纳米碳管的电学特性268

6.2.4 掺杂纳米碳管的电学特性271

6.2.5 纳米碳管的磁学性质272

6.2.6 纳米碳管的AB效应274

6.3 纳米碳管电磁性能的应用276

6.3.1 纳米电子器件276

6.3.2 微型传感器280

6.3.3 纳米碳管电动机械装置281

参考文献283

7.1 场致发射的基本原理287

7.1.1 固体内部电子状态与表面势垒287

第7章 纳米碳管的场致发射性能及其应用287

7.1.2 电子逸出与逸出功289

7.1.3 福勒尔-诺德海姆模型290

7.2 常用的场致发射材料294

7.2.1 难熔金属及其化合物294

7.2.2 碳质材料296

7.2.3 氮化硼（BN）材料297

7.3 纳米碳管的场致发射性能298

7.3.1 纳米碳管场致发射性能的测试方法298

7.3.2 单壁纳米碳管的场致发射性能306

7.3.3 多壁纳米碳管的场致发射性能310

7.3.4 影响纳米碳管场致发射的主要因素321

7.4 纳米碳管场致发射性能的应用328

7.4.1 场致发射平板显示器 .328

7.4.2 冷发射阴极射线管329

7.4.3 其他可能的应用331

参考文献332

第8章 纳米碳管的储放氢特性335

8.1 传统储氢材料的发展及现状337

8.1.1 高压及液化储氢337

8.1.2 金属氢化物储氢338

8.1.3 多孔物质吸附储氢339

8.2 纳米碳管储氢特性的实验研究进展340

8.2.1 纳米碳管的储氢容量及其实验研究方法340

8.2.2 纳米碳管储氢的实验研究结果343

8.2.3 影响纳米碳管储氢性能的因素分析349

8.3 纳米碳管储氢的理论研究352

8.3.1 几何模型352

8.3.2 理论计算353

8.4 纳米碳管储氢中存在的问题和前景展望366

参考文献367

第9章 纳米碳管的电化学性能369

9.1 电化学储氢370

9.1.1 基本原理370

9.1.2 纳米碳管的理论储氢容量及可能机理370

9.1.4 纳米碳管的电化学储氢特性373

9.1.3 纳米碳管储氢电极的制备及其电化学性能测试373

9.1.5 电化学储氢的应用384

9.2 锂离子电池中纳米碳管负极材料384

9.2.1 锂离子电池概述384

9.2.2 锂离子电池中负极材料的种类386

9.2.3 纳米碳管负极材料的研究388

9.3 纳米碳管的电化学电容特性及应用390

9.3.1 电化学电容器原理及关键材料391

9.3.2 影响极化电极比电容的主要因素393

9.3.3 纳米碳管的电化学电容特性397

9.3.4 电化学电容器应用展望402

参考文献403

第10章 纳米碳管化学406

10.1 纳米碳管的结构和化学性质407

10.1.1 纳米碳管的价键结构及化学特性407

10.1.2 理想的一维纳米空间408

10.2 管中化学——纳米反应器中的物理化学410

10.2.1 纳米碳管开口中空管的吸附行为410

10.2.2 纳米碳管内的填充413

10.2.3 最小的反应器…纳米试管416

10.3 管外化学———纳米碳管的化学改性418

10.3.1 纳米碳管化学改性的机理419

10.3.2 纳米碳管的化学改性及其应用420

参考文献432

第11章 纳米碳纤维——介于纳米碳管和气相生长碳纤维的新材料436

11.1 纳米碳纤维的制备437

11.1.1 制备方法简介437

11.1.2 影响纳米碳纤维生长的主要因素440

11.2 纳米碳纤维的形貌及微观结构观察443

11.3 纳米碳纤维的生长机理451

11.4 纳米碳纤维的性能及应用前景456

11.4.1 纳米碳纤维的性能456

11.4.2 纳米碳纤维的应用前景461

参考文献466

中英文对照表469