作者：李健
中学科技 2002年06期
纯碳的第五种形态
目前材料领域中最受瞩目的是“碳纳管”。碳纳管是直径1～20 纳米的圆筒形碳材料，碳原子的配置使得它的分子结构如同球形，有着六角形的网眼。碳纳管的粗细不超过头发的一万分之一，可以说是自然界中最细的管子。它具有热传导性、导电性、强度很佳的特性，并且轻而柔软，应用范围极广，受到全世界纳米技术开发人员的狂热研究。
碳元素真是神奇无比。以前只知道钻石、石墨、木炭三种纯碳形式，英国的克罗德等三位化学家于1985年发明了碳簇，碳簇是由60个碳原子组成的足球状碳分子（C[,60]），是新发现的第四种纯碳形式。这个发现给全世界带来了冲击。克罗德博士等人也因这项功绩荣获1996年诺贝尔化学奖。
几年前，日本的饭岛教授对用电弧法生成碳簇的过程作了研究，于研究中发现了碳纳管，这种碳纳管可以说是第五种纯碳形态，它对世界的冲击可能会超过碳簇。
潜能无限的梦幻材料
碳纳管的原子结构从力学角度来看，几乎是完美无缺的。由于碳环构成的碳纳管，质量只有钢的六分之一，强度却为钢的10倍。这个性质使碳纳管的强度远比现在的碳纤维强度惊人，它将可作为飞机、太空船等的新材料。此外，碳纳管由于在热力学、化学方面的稳定性，开始被用来制造探测瓦斯等微量物质的感应器以及扫描穿隧式显微镜、原子显微镜的探针等。
意味深长的事实是：在大家以为已经把由碳组成、名为黑色矿物的物质研究完毕，应该不会再有新发现的时候，碳纳管使这个状况突然改变。有很多人都认为，碳或许会取代现在的铁、矽，成为21世纪支持尖端产业的骨干材料。
纳米级的电子元件
碳纳管因具有可随意变换的导电性，可望用来制造极小的电子元件。将碳纳管六角形网眼的一部分改成五角形、七角形，并改变网眼的方向，即可改变电子的传导方向。这种为了通过极狭管子所引发的现象，就是所谓的“量子效应”。
有关的研究已经证实，可以利用这个原理开发出碳纳管元件。目前1个集成电路的大小约为100多纳米，未来将可制造出大小仅为目前集成电路百分之一的碳纳管元件。只要妥善地排列和连接碳纳管元件，将可制造出具有高速、微小、省电等明显优点的划时代电脑。
可能引发汽车产业大革命
最引人注目的是碳纳管在氢气车燃料电池上的应用。碳纳管具有容易纳入氢分子的性质，如果把点燃后容易爆炸的氢分子储存在碳纳管中，碳纳管将成为安全的氢吸存槽。这种氢吸存槽具有远比现在的氢吸存合金重量轻、体积小的优点。
专家们期待，这种氢吸存槽能储存碳纳管质量7％的氢，这样， 只靠宠物酒瓶大小的高压容器便可驱动汽车行驶500千米。 如果这种氢吸存槽真的出现，可能会引发汽车产业大革命。目前各汽车公司正在竞相开发，到了2005年，将可确认这种氢吸存槽是否可以制造出来。确认可以制造出来后，若能妥为安排，2010年左右应该可以实用化。
作者：李健
中学科技 2002年06期
纯碳的第五种形态
目前材料领域中最受瞩目的是“碳纳管”。碳纳管是直径1～20 纳米的圆筒形碳材料，碳原子的配置使得它的分子结构如同球形，有着六角形的网眼。碳纳管的粗细不超过头发的一万分之一，可以说是自然界中最细的管子。它具有热传导性、导电性、强度很佳的特性，并且轻而柔软，应用范围极广，受到全世界纳米技术开发人员的狂热研究。
碳元素真是神奇无比。以前只知道钻石、石墨、木炭三种纯碳形式，英国的克罗德等三位化学家于1985年发明了碳簇，碳簇是由60个碳原子组成的足球状碳分子（C[,60]），是新发现的第四种纯碳形式。这个发现给全世界带来了冲击。克罗德博士等人也因这项功绩荣获1996年诺贝尔化学奖。
几年前，日本的饭岛教授对用电弧法生成碳簇的过程作了研究，于研究中发现了碳纳管，这种碳纳管可以说是第五种纯碳形态，它对世界的冲击可能会超过碳簇。
潜能无限的梦幻材料
碳纳管的原子结构从力学角度来看，几乎是完美无缺的。由于碳环构成的碳纳管，质量只有钢的六分之一，强度却为钢的10倍。这个性质使碳纳管的强度远比现在的碳纤维强度惊人，它将可作为飞机、太空船等的新材料。此外，碳纳管由于在热力学、化学方面的稳定性，开始被用来制造探测瓦斯等微量物质的感应器以及扫描穿隧式显微镜、原子显微镜的探针等。
意味深长的事实是：在大家以为已经把由碳组成、名为黑色矿物的物质研究完毕，应该不会再有新发现的时候，碳纳管使这个状况突然改变。有很多人都认为，碳或许会取代现在的铁、矽，成为21世纪支持尖端产业的骨干材料。
纳米级的电子元件
碳纳管因具有可随意变换的导电性，可望用来制造极小的电子元件。将碳纳管六角形网眼的一部分改成五角形、七角形，并改变网眼的方向，即可改变电子的传导方向。这种为了通过极狭管子所引发的现象，就是所谓的“量子效应”。
有关的研究已经证实，可以利用这个原理开发出碳纳管元件。目前1个集成电路的大小约为100多纳米，未来将可制造出大小仅为目前集成电路百分之一的碳纳管元件。只要妥善地排列和连接碳纳管元件，将可制造出具有高速、微小、省电等明显优点的划时代电脑。
可能引发汽车产业大革命
最引人注目的是碳纳管在氢气车燃料电池上的应用。碳纳管具有容易纳入氢分子的性质，如果把点燃后容易爆炸的氢分子储存在碳纳管中，碳纳管将成为安全的氢吸存槽。这种氢吸存槽具有远比现在的氢吸存合金重量轻、体积小的优点。
专家们期待，这种氢吸存槽能储存碳纳管质量7％的氢，这样， 只靠宠物酒瓶大小的高压容器便可驱动汽车行驶500千米。 如果这种氢吸存槽真的出现，可能会引发汽车产业大革命。目前各汽车公司正在竞相开发，到了2005年，将可确认这种氢吸存槽是否可以制造出来。确认可以制造出来后，若能妥为安排，2010年左右应该可以实用化。