碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管和石墨烯

碳纳米材料：富勒烯、碳纳米管和石墨烯

我们可以写很多关于纳米材料的例子——纳米颗粒、量子点、纳米线、纳米纤维、超薄膜等等。
不过，元素碳就是一个典型的例子，它说明了一种“旧”材料如何通过纳米技术获得令人兴奋的新生命。
碳是存在于所有有机生命中的非金属固体元素，是有机化学的基础。它具有一种有趣的化学性质，能够与自身和其他多种元素结合，形成近1000万种已知化合物。
天然碳可以存在两种完全不同的类型，众所周知:石墨和金刚石。
1985年至2004年间发现的另外三种形式的碳引起了研究人员对碳纳米材料的兴趣——富勒烯、碳纳米管，尤其是石墨烯

富勒烯
富勒烯是含有60个(C60)或更多碳原子的球形碳笼分子。它们的直径约为0.7-1.5纳米。它们对科学家很有吸引力，因为它们显示了碳材料的不寻常特性。富勒烯被研究用于潜在的医学用途:它们是强抗氧化剂;
人们还可以将特定的抗生素与这种结构结合，以针对耐药细菌，甚至针对黑色素瘤等特定的癌细胞。
在机械工程中，富勒烯的耐热性和超导性是研究得比较深入的一些性质。富勒烯，有时被错误地称为“新形式的碳”，已被发现存在于星际尘埃以及地球的地质构造中。
碳可以形成稳定有序的结构，而不是石墨和钻石，这一发现促使世界各地的研究人员寻找其他形式的碳。这导致了碳纳米管(CNTs)的发现。它们与富勒烯类材料有很大的不同，具有不同的性质。

碳纳米管
碳纳米管(CNTs)的直径从单纳米到几十纳米不等，长度为几微米。它们具有优异的机械和电子性能，是良好的导热体。CNTs的抗拉强度或断裂应变是钢的6-7倍。
它们是已知的最坚硬和最强的纤维之一。CNTs可以是金属的，也可以是半导体的，这取决于它们的结构。
一些CNTs是有史以来最有效的导电体，而另一些则表现得更像硅。这些特性，加上碳纳米管的轻量化，使得它们在增强复合材料、纳米电子、传感器和纳米力学设备中具有巨大的应用潜力。
CNTs可以有一个或多个壁。单壁碳纳米管具有不同于多壁碳纳米管的电性能，是纳米电子学应用的主要候选材料。一般来说，商业应用的发展相当缓慢，主要是因为生产质量最好的纳米管的成本仍然相对较高，尤其是单壁纳米管。
碳纳米材料俱乐部的最新成员是石墨烯。

石墨烯
石墨烯是2004年才发现的一种单原子厚碳薄片。现有形式的碳基本上是由石墨烯片构成的，它们要么相互粘合，形成像铅笔里的石墨那样的固体材料，要么卷成碳纳米管(把单壁碳纳米管想象成石墨烯圆筒)，要么折叠成富勒烯。
长期以来，物理学家一直认为平面石墨烯是不可能独立存在的;传统观点认为，这样的平面总是会卷起来的。科学家们如此兴奋的原因是二维晶体。它被称为二维晶体，因为它只在二维中延伸——长度和宽度。
由于这种材料只有一个原子厚，所以它的三维、高度被认为是零，这就开创了一种全新的材料类别，具有新颖的电子、光学和机械性能。

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