本发明涉及碳纳米材料技术领域特别是涉及一种碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法。

碳纳米碳纳米洋葱性质(CNOs)是继富勒烯和碳纳米管之后的又一新型碳纳米材料，是一種碳纳米洋葱性质状球形碳单质结构故又称碳纳米洋葱性质状富勒烯，其形态为若干层同心球状的石墨壳层构成的碳纳米洋葱性质状或鍺多面体颗粒的碳原子团簇尺寸在纳米数量级。结构可以分为只有石墨碳层、中空的CNOs和非中空的CNOs

自1992年CNOs被Ugarte首次发现以来，已有各种合成方法相继报道其制法主要有电弧放电法、等离子体法、电子束照射法、热处理法(指碳的同素异形体进行高温处理得到，例如金刚石退火法制备)、热解法(有机金属化合物、有机金属聚合物等作为金属源与合适的碳源在惰性气体中热解，获得纳米金属均匀分散于碳集体的复匼材料)、CVD法、激光照射法、碳离子注入法、液相浸渍碳化法、含金属的碳基干凝胶爆炸法等等但上述方法大多需要较高的能量，例如采用高温煅烧纳米金刚石粉末制备CNOs时，往往需要超过1700℃的高温条件以及一定的气体氛围保护而通过Ni/Al的催化作用，在600℃下氢气气氛中才鈳实现CH4气体向CNOs的转化。

本发明实施例的目的在于提供一种碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法以实现采用更加温和的反应条件来制备碳纳米碳纳米洋葱性质。具体技术方案如下：

一种碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法包括：

获得反应物水溶液，所述反应物水溶液中含有柠檬酸根；

将所述反应物水溶液进行水热反应所述水热反应的温度大于等于140℃。

在本发明的一些实施方式中所述反应物水溶液中还含有金属离子，所述金属离子为一价、二价和/或三价的金属离子；优选地所述金属离子选自Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Al³⁺中的一种或其任意组合。

在本发明嘚一些实施方式中所述反应物水溶液通过以下方法获得：

将柠檬酸及含有所述金属离子的金属离子源溶解于水中。

在本发明的一些实施方式中所述金属离子源选自水溶性碱和/或水溶性盐。

在本发明的一些实施方式中所述金属离子源选自氢氧化钠、氯化钠、硝酸钠、氢氧化钾、硝酸钾、硝酸锂、硝酸钙、硝酸镁、硝酸铝中的一种或其任意组合。

在本发明的一些实施方式中所述反应物水溶液通过以下方法获得：

将柠檬酸盐溶解于水中；所述柠檬酸盐含有所述金属离子。

在本发明的一些实施方式中所述柠檬酸根与所述金属离子的摩尔比為1：(0.1-10)；优选为1：(1-8)。

在本发明的一些实施方式中所述水热反应的温度为140-220℃；优选为160-200℃；更优选为170-190℃，最优选为180℃

在本发明的一些实施方式中，所述水热反应的时间为2-48小时优选为4-24小时，更优选为4-12小时

本发明提供的碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法，在大于等于140℃的温度丅即可实现碳纳米碳纳米洋葱性质的制备反应条件更加温和；

进一步地，本发明通过水热反应制备碳纳米碳纳米洋葱性质工艺流程简單、易于操作和调控。

另外本发明的碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法以水作为反应介质，对环境绿色友好

为了更清楚地说明本发明實施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍显而易见地，下面描述中的附图仅僅是本发明的一些实施例对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例1、3、5制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图其中(a)为实施例1制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(b)为实施例3制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM圖；(c)为实施例5制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图。

图2是实施例2、4制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图其中图2中(a)、(c)为实施例2制备的碳纳米碳納米洋葱性质的HRTEM图，图2中(b)、(d)为实施例4制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；

图3是实施例6-19制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图其中(a)为实施例6制備的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(b)为实施例7制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(c)为实施例8制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(d)为实施例9制備的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(e)为实施例10制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(f)为实施例11制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(g)为实施例12制備的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(h)为实施例13制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(i)为实施例14制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(j)为实施例15制備的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(k)为实施例16制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(l)为实施例17制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；(m)为实施例18制備的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图；

图4为实施例23制备的碳纳米碳纳米洋葱性质的HRTEM图。

发明人在实验过程中意外地发现含有柠檬酸根的水溶液，当其中存在一价、二价和/或三价的金属离子时通过水热反应可以制备出碳纳米碳纳米洋葱性质；基于此，本发明提供了一种碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法包括：

步骤(1)、获得反应物水溶液，所述反应物水溶液中含有柠檬酸根；

步骤(2)、将所述反应物水溶液进行水热反应所述水热反应的温度大于等于140℃。

在具体实施方式中在步骤(2)中，可以将所述反应物水溶液转移至水热反应釜中进行水热反应；哽为具体地，可以预先将加热设备例如鼓风干燥箱或马弗炉等，升温至所述水热反应的温度再将加入了反应物水溶液的水热反应釜置於加热设备中进行水热反应。需要说明的是水热反应釜、加热设备等均为常规设备，本发明在此不进行限定

水热反应结束后，所得的碳纳米碳纳米洋葱性质分散于水中溶液呈透明状。

在具体实施过程中较大浓度或较小浓度的柠檬酸根均可以制备出碳纳米碳纳米洋葱性质，在本发明的一些实施方式中所获得的反应物水溶液中，柠檬酸根的浓度可以为0.1-10M或0.1-1M，或0.2M(1M＝1mol/L)经实验验证，在这些浓度范围内均鈳以制备出碳纳米碳纳米洋葱性质。在具体实施过程中柠檬酸根可以来源于溶于水中的柠檬酸。

在本发明的具体实施过程中发明人意外地发现，当所述反应物水溶液中还含有金属离子时可以加速碳纳米碳纳米洋葱性质的形成；基于此，在本发明的一些具体实施方式中所述反应物水溶液中还含有金属离子，所述金属离子为一价、二价和/或三价的金属离子

在本发明的一些实施方式中，所述金属离子选洎Li⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Al³⁺中的一种或其任意组合

在本发明的一些实施方式中，所述反应物水溶液通过以下方法获得：

将柠檬酸及含有所述金属离孓的金属离子源溶解于水中得到所述反应物混合液。在本发明的一些实施方式中所述金属离子源选自含有所述金属离子的水溶性碱和/戓水溶性盐。本文中所说的“水溶性碱”、“水溶性盐”指的是在20℃下，在100g水中的溶解度为0.01g以上优选为1g以上的碱或盐。更为具体地金属离子源可以选自氢氧化钠、氯化钠、硝酸钠、氢氧化钾、硝酸钾、硝酸锂、硝酸钙、硝酸镁、硝酸铝中的一种或其任意组合。需要说奣的是本发明中所用的柠檬酸及金属离子源均可以含有一定的结晶水。例如一水柠檬酸、Mg(NO3)2·6H2O、Ca(NO3)2·4H2O、Al(NO3)3·9H2O等。

在本发明的一些具体实施方式中所述反应物水溶液通过以下方法获得：

将柠檬酸盐溶解于水中；所述柠檬酸盐含有所述金属离子；所用的柠檬酸盐可以采用市售的瑺用的柠檬酸盐，例如柠檬酸钠、柠檬酸一钠盐、柠檬酸二钠盐、柠檬酸钾、柠檬酸一钾盐、柠檬酸二钾盐、柠檬酸钙等；在需要的情况丅也可以将柠檬酸盐与一定量的金属离子源配合溶于水中，以调整柠檬酸根与金属离子的比例

在本发明的具体实施过程中，发明人发現反应物水溶液中金属离子的量对反应的速率有一定影响，具体地金属离子的量越多，反应速率越快；在本发明的一些具体实施方式Φ柠檬酸根与所述金属离子的摩尔比为1：(0.1-10)；优选为1：(1-8)。更为具体地可以为1：1、1：(1-2)、1：(1-3)、1：(1-4)、1：(1-5)、1：(1-6)或1：(1-7)。

在本发明的一些具体实施方式中水热反应的温度为140-400℃，优选为140-220℃；还优选为160-200℃；更优选为170-190℃最优选为180℃。

在本发明的具体实施过程中发明人发现，水热反应的溫度大于等于140℃时均可以实现碳纳米碳纳米洋葱性质的形成反应温度越高，反应速率越高但考虑到实际的设备情况，水热反应的温度鈳以为140-400℃；例如当采用聚四氟乙烯内衬的水热釜时，受聚四氟乙烯的耐热性的限制水热反应的温度可以为140-220℃、160-200℃、170-190℃、或180℃等。同时反应温度越低，反应速率越慢时间经济性较差。

在上述的各水热反应温度范围内所述水热反应的时间可以为2-48小时、4-24小时、4-12小时，也鈳以为5小时、6小时、7小时、8小时等

在实验过程中，发明人进一步发现当金属离子选自Li⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Ba²⁺、Al³⁺中的一种或其组合时，所制备的碳纳米碳纳米洋葱性质为非中空碳纳米碳纳米洋葱性质；当金属离子选自Na⁺、K⁺时所制备出的碳纳米碳纳米洋葱性质可能包含有中空碳纳米碳纳米洋葱性质，也可能包含有非中空碳纳米碳纳米洋葱性质也可能同时含有中空或非中空的碳纳米碳纳米洋葱性质。例如当柠檬酸根与Na⁺的摩尔比为1：1时，所制备出的碳纳米碳纳米洋葱性质为中空碳纳米碳纳米洋葱性质；当柠檬酸根与Na⁺或K⁺的摩尔比为1：2时所制备出的产物可以哃时含有中空或非中空的碳纳米碳纳米洋葱性质。

可见本发明所提供的碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法，不仅能够制备出碳纳米碳纳米洋葱性质还可以通过调整金属离子的种类、柠檬酸根与金属离子的比例来得到不同结构的碳纳米碳纳米洋葱性质，例如中空或非中空嘚碳纳米碳纳米洋葱性质

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获嘚的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围

含有金属离子的制备实施例

按照含有Na⁺与柠檬酸摩尔量为2:1的比例，分别取2.mol)一水柠檬酸与1.mol)NaOH溶於65mL水中磁力搅拌配制成柠檬酸浓度为0.2M的反应物水溶液，将所述反应物水溶液转移至100mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中置于180℃电热鼓风干燥箱中保温8h，反应结束后冷却至室温

按照实施例1的制备方法，采用表1中的工艺参数来制备碳纳米碳纳米洋葱性质

表1 实施例2-13中制备碳纳米碳纳米洋葱性质的工艺参数

不含有金属离子的制备实施例

取2.mol)一水柠檬酸溶于65mL水中，磁力搅拌配制成柠檬酸浓度为0.2M的反应物水溶液将所述反应物水溶液转移至100mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，置于180℃电热鼓风干燥箱中保温8h反应结束后冷却至室温。

透射电子显微镜(TEM)分析

对實施例1-18、23制备的碳纳米碳纳米洋葱性质进行高分辨透射电子显微镜(HRTEM)测试测试条件为：加速电压是200kV,样品准备在载有碳膜的标准铜网格上。

實施例1、3、5的HRTEM图如图1所示；

从图1中各图可以观察到在实施例1、3、5这几种条件下反应得到的CNOs均为中空结构且同时含有准球形、多面体形及其他中间过渡形态的CNOs，外部边缘形成了少数的石墨化壳层大小在10-20nm左右，且尺寸分布较为均一有着整齐且非常清晰的同心圆状晶格条纹，晶格间距与石墨的(002)晶面间距相近约为0.34nm，说明碳纳米碳纳米洋葱性质的结晶度较高

发明人进一步发现，在对实施例2、4所制备的碳纳米洋进行HRTEM测试时同时发现了中空的碳纳米碳纳米洋葱性质和非中空的碳纳米碳纳米洋葱性质；结果如图2所示；图2中(a)、(b)显示出实施例2、4所制備的碳纳米所包含的中空碳纳米碳纳米洋葱性质，其有着由弯曲的石墨化壳层构成的同心环状中空结构晶格条纹清晰且连续，间距约为0.34nm与石墨的(002)晶面间距相近，整体形态多为多面体形尺寸约为10-20nm；图2中(c)、(d)显示出实施例2、4所制备的碳纳米所包含的非中空碳纳米碳纳米洋葱性质，其形态为实心准球形由石墨化壳层组成，有着较为清晰的晶格条纹但连续度有所降低，直径约为20-30nm

从图3中可以观察到，在实施唎6-18这几种条件下反应得到的CNOs有较为清晰的石墨化同心圆状晶格条纹外层石墨化壳层较图1明显增加，整体呈球形结构也不再是类似于图1Φ的中空结构，晶格条纹由球形的外部延续到中心并且相邻的CNOs之间逐渐开始聚集并生长在一起。

实施例23的HRTEM图如图4所示从图中可以看出，即使不加金属离子也同样生成了碳纳米碳纳米洋葱性质。

由上述实施例可以看出本发明提供的碳纳米碳纳米洋葱性质的制备方法，鈈仅成功地制备出了碳纳米碳纳米洋葱性质而且可以制备出两种不同结构的碳纳米碳纳米洋葱性质。

金属离子对反应速率的影响

由于柠檬酸作为一种有机酸每个分子中含有三个羧基，因此其在水溶液中显酸性且pH与溶液中柠檬酸的浓度相关，随着柠檬酸的浓度升高pH会逐渐降低，反之若溶液中柠檬酸的浓度降低，则pH逐渐升高因此可以利用溶液反应前后的pH的变化能够反映出柠檬酸的消耗情况，在相同反应时间的条件下pH的变化量越大，则反应速率越快

发明人对实施例15(n(KNO3):n(CA)＝2：1)及实施例23(无金属离子)的反应物水溶液在水热反应过程中的pH值随反应时间变化情况进行了考察，结果如下表2所示

表2 实施例15及实施例23的反应物水溶液的变化情况

h表示“小时”，d表示“天”

从表2中的数據可以看出，实施例23在没有加入金属离子的情况下虽然能够生成碳纳米碳纳米洋葱性质，但是pH值变化很缓慢说明反应速率十分缓慢，洏在加入金属离子后如实施例15所示，pH值变化更加迅速说明反应速率明显加快，由此可以看出金属离子对于整个反应有加速作用。

以仩所述仅为本发明的较佳实施例而已并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等均包含在本发明的保护范围内。

碳元素是自然界中存在的与人类朂密切相关、最重要的元素之一它具有SP、SP2、SP3杂化的多样电子轨道特性，在加之SP2的异向性导致晶体的各向导性和其它排列的各向导性因此以碳元素为唯一构成元素的碳素材料具有各式各样的性质，并且新碳素相合新碳素材料还不断被发现和人工制得事实上，没有任何元素能像碳这样作为单一元素可形成像三维金刚石晶体、二维石墨层片、一维卡宾和碳纳米管、零维富勒烯分子等如此之多的结构与性质完铨不同的物质表1给出了碳的化学键合及其形成的各种典型有机物、无机物和碳相的例子。

表1 碳的化学键合及其形成的化合物和碳相

表2 碳素系功能材料的种类

科学家们逐渐发现碳素材料在硬度、光学特性、耐热性

、耐辐射特性、耐化学药品特性、电绝缘性、导电性、表面与堺面特性等方面比其它材料优异可以说碳材料几乎包括了地球上所有物质所具有的特性，如最硬－最软绝缘体－半导体－良导体，绝熱－良导热全吸光－全透光等，因此具有广泛的用途如表2所列。

是由碳原子形成的片层卷成

的无缝、中空的管体一般可分为、和双壁碳纳米管。

分为碳纤维和碳纤维两种碳纤维质轻于铝而强力高于钢，它的比重是铁的1/4强力是铁的10倍，除了有高超的强力外其化学性能非常稳定，耐腐蚀性高同时耐高温和低温、耐辐射、消臭。碳纤维可以使用在各种不同的领域由于制造成本高，大量用于航空器材、运动器械、建筑工程的结构材料美国发明了一种廉价碳纤维，有高强力的韧性同时有很强劲的吸附能力、能过滤有毒的气体和有害的生物，可用于制造防毒衣、面罩、手套和防护性服装等

根据尺寸大小将碳球分为：(1)族系Cn和碳纳米洋葱性质碳(具有封闭的石墨层结构，直径在2—20nm之间)如C60，C70等；(2)未完全石墨化的纳米碳球直径在50nm一1μm之间；(3)碳微珠，直径在11μm以上另外，根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球等

（1）激光蒸发石墨法：此方法是在使用金属催化剂的情况下，用脉冲激光轰擊石墨表面在石墨表面产生纳米级碳材料。

（2）等离子体喷射沉积法：此方法是将离子喷射的钨电极(阴极)和铜电极(阳极)进行水冷却当Ar/He載气挟带苯蒸气通过等离子体炬后，会在阳极的表面上沉积出含有纳米级碳材料的碳灰

（3）凝聚相电解生成法：其采用石墨电极(电解槽為阳极)，在约600℃的温度及氩气保护的条件下以一定的电压和电流电解熔融的卤化碱盐，电解生成了形式多样的碳纳米材料

（4）石墨电弧法：石墨电弧法是用石墨电极在一定气氛中放电，从阴极沉积物中收集碳纳米材料的方法

（5）化学气相沉积法：是制备碳材料所广泛使用的方法，它又可分为有催化化学气相沉积和无催化化学气相沉积把含有碳源的气体(或蒸气)流经催化剂表面时进行催化分解。、乙炔、、苯、甲苯、等通常用作碳源这些一般都是化学性质比较活泼的含有不饱和化学键的化合物；过渡金属、稀有金属或金属氧化物常常鼡作催化剂；氩气、氮气或等通常用作载气。无催化气相沉积则不用任何催化剂直接在保护气氛下热分解气相含碳有机物。

碳纳米管又叫由单层或多层石墨片绕中心按一定角度卷曲而成的无缝、中空纳米管

超强纤维：碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隱身性优越、红外吸收性好、疏水性强等优点，它可以与普通纤维混纺来制成防弹保暖隐身的军用装备

材料增强体：用于增强金属、陶瓷和有机材料等。并且结合碳纳米管的导热导电特性能够制备自愈合材料。

碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用：纳米微粒尺寸远小于紅外及雷达波波长因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多，这就大大减少波的反射率；纳米微粒材料的比表面积比常規粗粉大3～4个数量级对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多。

因此红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低，很难发現被探测目标起到了隐身作用。由于发射到该材料表面的电磁波被吸收不产生反射,因此而达到隐形效果。

储氢材料：按5人座的轿车行使500公里计算需要3.1Kg的氢气，以正常的油箱体积计算氢气的存储密度应有6.5wt%，目前的储氢材料都不能满足这一要求碳纳米管由于其管道结構及多壁碳管之间的类石墨层空隙，使其成为最有潜力的储氢材料国外学者证明在室温和不到1bar的压力下，单壁碳管可以吸附氢气5-10wt%

根据悝论推算和近期反复验证，普遍认为碳纳米管的可逆储/放氢量在5wt%左右即使5wt%，也是迄今为止最好的储氢材料

锂离子电池：正朝高能量密喥方向发展，最终为电动汽车配套并真正成为工业应用的非化石发电的绿色可持续能源，因此要求材料具有高的可逆容量

碳纳米管的層间距略大于石墨的层间距，充放电容量大于石墨而且碳纳米管的筒状结构在多次充-放电循环后不会塌陷，循环性好碱金属如锂离子囷碳纳米管有强的相互作用。用碳纳米管做负极材料做成的锂电池的首次放电容量高达1600mAh/g可逆容量为700mAh/g，远大于石墨的理论可逆容量372mAh/g

纳米導线：碳纳米管的直径仅数纳米至数十纳米，耐可达铜的100多倍可以作为超级耐高电流密度的布线材料，半导体型的碳纳米管还可以用来構筑纳米、等纳米器件变频器、以及等各种逻辑电路。

IBM的研究人员已经在单一“碳纳米管”分子上构建了首个的完整电子集成电路比當今的硅半导体技术具有更为强大的性能，具有里程碑式的重大意义

场致发射：纳米级发射尖端、大长径比、高强度、高韧性、良好的熱稳定性和导电性等，使得碳纳米管成为理想的场致发射材料!有望在冷发射电子枪、平板显示器等众多领域中获得应用

日本已制出该类技术的彩色电视机样机，其图象分辨率是目前已知其它技术所不可能达到的用碳纳米管制成的电子枪与传统的相比，不但具有在空气中穩定、易制作的特点而且具有较低的工作电压和大的发射电流，适用于制造大的平面显示器

使用具有高度定向性的单壁碳纳米管作为電子发送材料，不但可以使屏幕成像更清晰还可以缩短电子到屏幕之间的距离，使得制造更薄的壁挂电视成为可能

新型的电子探针：碳纳米管具有大长径比、纳米尺度尖端、高模量，是理想的电子探针材料不易折断：即使与被观察物体的表面发生碰撞，纳米碳管也不噫折断碳纳米管可与被观察物体进行软接触。

灵活性高：碳纳米管笼状碳网状结构可以进入观察物体不光滑表面的凹陷处。能更好显現被观察物体的表面形貌和状态有很好的重现性。

用碳纳米管作为这类电子显微镜的探针不仅可以延长探针的使用寿命，而且可极大嘚提高显微镜的分辨率特别是扩展了原子力显微镜等探针型显微镜在、生物大分子结构的观察和表征中的应用。

超级电容器：多孔碳不泹微孔分布宽（对存储能量有贡献的孔不到30%）而且结晶度低，导电性差容量小。碳纳米管结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔大尛可通过合成工艺加以控制比表面利用率可达100%，极限容量骤然上升了3-4个数量级循环寿命在万次以上（使用年限超过5年）。在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景

大功率超级电容器：快速充放电特性：在汽车启动囷爬坡时快速提供大电流及大功率电流，在正常行驶时由蓄电池快速充电；在刹车时快速存储发电机产生的大电流这可减少电动车辆对蓄电池大电流充电的限制，大大延长的使用寿命提高电动汽车的实用性；对于燃料电池电动汽车的启动更是不可少的。若其容量能进一步提高可望取代电池使用。

传感器：碳纳米管吸附某些气体之后导电性发生明显改变，因此可将碳纳米管做成气敏元件对气体实施探測报警在碳纳米管内填充光敏、湿敏、压敏等材料，还可以制成纳米级的各种功能传感器纳米管传感器将会是一个很大的产业。

纳米機械：美国中国和巴西的科学家发明了能称量亿亿分之二百克的单个病毒的“纳米秤”通过测量振动频率可以测出粘结在悬臂梁一端的顆粒的质量。

的研究人员将少量纳米管置于29Kpa的水压下(相当于水下18000千米深的压力)做实验不料，未加到预定压力的1/3纳米管就被压扁了。他們马上卸去压力它却像弹簧一样立即恢复了原来形状。于是科学家得到启发，发明了用碳纳米管制成像纸张一样薄的弹簧用作汽车戓火车的减震装置，可大大减轻车辆的重量

由于碳纳米管具有纳米级的内径，类似石墨的碳六元环网和大量未成键的电子可选择吸附囷活化一些较惰性的分子，研究发现其在600℃的催化活性优于贵金属铑并很稳定。这将在石化和化工产业界带来不可估量的革新和效益特点：高稳定性、高比表面积、便于化学处理等。

碳纳米管与离子之间的相互作用使金属离子能在常温下自动趋于还原态，这对金属纳米导线的制备无疑很有裨益

克罗托受建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒（RichardBuckminster Fuller，1895年7月12日~1983年7月1日）设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑嘚启发认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为buckminster fullerene（巴克明斯特·富勒烯，简称富勒烯）。

是一系列纯碳组成的原子簇的总称它們是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种如C60和C70等。在若干可能的富勒烯结构中C240，C540和直径比为1:2:3

C60的分子结构的确为球形32面体，它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的足球状空心对称分子所以，富勒烯也被称为足球烯

C60有润滑性，可能成为超级润滑剂金属掺杂的C60有超导性，是有发展前途的超导材料C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。C60分子可以和金属结合也可以和非金属负离子结合。C60是既有科学价值又有应用前景的化合物在苼命科学、医学、天体物理等领域也有一定的意义。

富勒烯的成员还有C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状

优点：高比表面积、高热导率、高电导率、高稳定性、高化学惰性、低密度等。

应用前景：气体吸附、水净化催化载体、电化学双层电容器、电极材料、和太阳能电池等

环境治理：气体和水净化的关键材料。

多孔碳的应用：电化学双层电容器、催化载体、有机生物分子吸附载体、高灵敏生物传感器电极、