前言

碳納米管是1991年被明確報道的一種碳納米結構，是由碳原子構成的石墨烯片層卷曲而成的無縫、中空的管狀材料，根據管壁層數可分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。由于碳納米管的直徑小、長徑比大，故可視為準一維納米材料。理論預測和實驗研究發現，碳納米管具有結構依賴的導電屬性，可表現為金屬性或半導體性，因此可用于制作晶體管、透明導電膜等電子器件。石墨烯平面中的碳-碳鍵是自然界中已知的最強的化學鍵之一，碳納米管的結構為完整的蜂窩狀石墨烯網格，因此其理論強度接近于碳-碳鍵的強度，大約為鋼的100倍，而密度只有鋼的1/6，并具有很好的柔韌性。因此碳納米管被稱為超級纖維，可用于高級復合材料的增強體，制成輕質、高強度的太空纜繩，在航空、航天等高技術領域獲得應用。碳納米管具有場發射閾值低、發射電流密度大、穩定性高等優異的場發射性能，可用于制作高性能X射線管、平板顯示器等。此外，碳納米管還具有獨特的化學特性，如穩定性好、表面可修飾等。這些特異性能預示著碳納米管在眾多領域內具有廣闊的應用前景。

碳納米管被明確報道至今已歷經27年，其間國內外的研究與開發異常活躍，從制備、結構到物性和應用的探索取得了一系列重要進展。碳納米管作為高性能導電添加劑已大批量應用于鋰離子電池，推動了電動汽車和便攜式電子器件的快速發展。美國、中國和日本等國家在該領域的研究處于領先地位。我國科學家在碳納米管的制備技術及物性研究等方面取得了系列重要成果，在國際上有較大影響。編著者及其所在的中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部，自1997年以來致力于碳納米管的制備、結構、物性及應用等方面的研究與開發，在有機物浮動催化熱解法和氫電弧法制備碳納米管及其宏觀結構，碳納米管的場發射特性、電化學特性、力學性能以及碳納米管的鋰離子電池應用研究等方面取得了一系列成果，受到國內外同行的廣泛關注。

在此基礎上，編著者參閱國內外大量有關碳納米管的科技文獻與資料，總結國內外最新科研進展，結合編著者多年在科研工作中取得的成果和積累，于2002年編撰了《納米碳管——制備、結構、物性及應用》，這是有關碳納米管的首本中文專著，并由化學工業出版社出版發行。由于碳納米管領域發展迅速，17年來又有很多新的突破與進展，有必要對相關知識再次進行總結與補充。本書首先概述了碳和碳納米管的基本特性，然后詳細敘述了碳納米管的結構表征方法、制備與純化、表面與孔結構等內容，最后系統地闡述了碳納米管的力學性能、電磁性能、場發射特性、化學性能、電化學特性及柔性薄膜晶體管性能及其相關應用等。

除編著者劉暢、成會明外，中國科學院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室先進炭材料研究部及其他單位的多位成員及部分研究生也參與了編寫工作，主要包括：張峰（第1章）；叢洪濤（第2章）；侯鵬翔（第3章）；侯鵬翔、楊全紅（第4章）；叢洪濤、曾尤（第5章）；尹利長（第6章）；佟鈺（第7章）；孫東明（第8章）；喻萬景（第9章）；欒健（第10章）。在此一并向參與2002年出版的《納米碳管——制備、結構、物性及應用》一書編寫工作的各位作者表示感謝。

本書相當一部分內容是編著者及所在的先進炭材料研究部的研究成果，這些成果是在國家自然科學基金委員會、國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目、國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目、中國科學院知識創新工程重大項目和中國科學院知識創新方向性項目的支持下取得的，在此表示感謝。本書的編寫得到中國科學院金屬研究所的有關領導、同事及先進炭材料研究部所有成員的大力支持，在此表示誠摯的謝意。

碳納米管的研究發展十分迅速，新的成果不斷涌現，文獻資料浩瀚無邊，由于編著者的水平有限，書中難免有疏漏與不妥之處，懇請專家和讀者批評指正！

劉暢　成會明

2018年2月于中國科學院金屬研究所，沈陽