中国粉体网讯  碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构的一维碳纳米材料。碳纳米管本身呈圆管状，与石墨烯片层卷曲而成的结构类似。碳纳米管由于优异的力学、电学、热学及光学特性，在多个领域受到广泛关注和应用。

1、碳纳米管的发现及发展

日本人首次发现碳纳米管。1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Lijima）在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作“Carbon nanotube”的碳纳米管。

碳纳米管被发现后，引起了研究者们的极大兴趣，在以后的几十年里一直被持续研究并不断发展。

1993年，S.Lijima等和D.S.Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。

1996年，日本的昭和电工在川崎建成了时间上世界上第一个商业化生产碳纳米管的工厂，年产能20吨，标志着碳纳米管商业化生产的开端。

1997年，A.C.Dillon等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛的关注。相关的实验研究和理论计算也相继展开。据推测，单壁碳纳米管的储氢量可达10%（质量比）。此外，碳纳米管还可以用来储存甲烷等其他气体。

2003年，日本CNRI公司研制成功直径0.4nm的碳纳米管，使得碳纳米管发展到超细程度。同一年，墨西哥科研人员从墨西哥东南部油田提取的多份原油样品中发现了碳纳米管。这是世界上首次在原油中发现天然碳纳米管。

2007年，日本首次开发出在大面积金属板上直接合成大量单层碳纳米管的技术。

2010年，浙江大学和美国加利福尼亚大学科研人员成功合成世界上最小碳纳米管结构的富勒烯C90。

2014年，美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员开发出一种均匀的多壁碳纳米管为基础的涂料，可降低常用的泡沫内饰的易燃性。清华大学成功研制出高性能碳纳米管导线。

2015年，美国研究人员用碳纳米管替代硅为原料，大幅提高了计算机芯片的处理速度，运用此方法研制出的3D芯片的运行速度，有可能达到目前芯片的1000倍。

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被称为“黑金”的碳纳米管，曾被科学家预言，有望成为“彻底改变21世纪”的神奇材料之一。碳纳米管以其优异的力学、电学和热学特性被誉为“万能基材”，在结构功能一体化复合材料、电池电极、集成电路、传感器件、电加热器件等领域具有巨大的应用前景。未来还可能拓展应用于导电塑料、半导体器件、轻质高强复合材料、宽频段轻质电磁屏蔽、冲击防护、智能器件等领域，并有望给这些领域带来变革性的发展。

2、碳纳米管在锂电负极方面的应用

自碳纳米管被发现以来，作为一种具有一维纳米尺寸的管状碳材料，它以其独特的特性，在诸多领域被应用。锂离子电池领域是碳纳米管具有潜力的应用方向之一。碳纳米管可以直接用于锂离子电池负极材料。

碳纳米管负极材料的特点是电池电量大，不易粉碎。它们的形态使其可以替代石墨作为商用锂离子电池负极材料。碳纳米管是由单层或多层同轴炭片层组成的“具有类似于石墨层状结构”的材料。碳纳米管的sp²杂化结构以及高的长径比为其带来了一系列优异性能。这种微观结构使得锂离子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多（管内和层间的缝隙、空穴等），同时因碳纳米管导电性能很好，具有较好的电子传导和离子运输能力，适合作锂离子电池负极材料。

采用碳纳米管直接作为锂离子电池负极材料也存在不足之处，一是第一次不可逆容量较大，首次充放电效率比较低。二是碳纳米管负极缺乏稳定的电压平台。三是碳纳米管存在电位滞后现象。这些问题制约了碳纳米管在锂离子电池负极材料方面的应用。

目前碳纳米管的研究主要集中在复合材料的制备及其电化学性能方面，例如碳纳米管与硅、金属氧化物的复合等等。此外，碳纳米管作为新型材料，在合格生产上有很多要求，例如直径，层数，长度，缺陷程度和电子特性等都是重要因素，其生产方法也需要进一步完善。

碳纳米管在锂电负极方面的规模化商用还有一定距离，不过，随着碳纳米管研究的深入，尤其是在碳纳米管机理研究以及制备工艺等方面的提升，都将会促使碳纳米管更接近商业范畴，其在锂离子电池领域的应用也会进一步拓展。

参考来源：

1、向凯.碳纳米管历史与发展及其应用

2、李磊等.碳纳米管在锂离子电池中的应用综述

3、赵廷凯等.碳纳米管和石墨烯在锂离子电池负极材料中的应用

4、常笑丛.碳纳米管在锂离子电池中的应用

5、李健等.碳纳米管与石墨烯在储能电池中的应用

6、把石墨烯卷起来“万能”的碳纳米管或改变未来.央广网

（中国粉体网编辑整理/文正）

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