第1章 碳及纳米碳管概述 1
1.1 碳的广泛性、特殊性及多样性 1
1.1.1 碳的广泛性 1
1.1.2 碳的特殊性 5
1.1.3 碳的同素异性体 10
1.2 纳米碳管的发现 16
1.2.1 纳米碳管的发现及合成 16
1.2.2 石墨晶须、气相生长碳纤维、纳米碳纤维和纳米碳管的类同和区别 20
1.2.3 纳米碳管的合成方法简介 24
1.3.1 纳米碳管的特性 27
1.3 纳米碳管的持性应用前景及发展方向 27
1.3.2 纳米碳管的应用前景 32
1.3.3 纳米碳管的发展方向 39
参考文献 40
第2章 纳米碳管的制备及纯化方法 48
2.1 多壁纳米碳管的制备 48
2.1.1 电弧法 48
2.1.2 催化热解法 50
2.1.3 其他方法 56
2.2 单壁纳米碳管的制备 58
2.2.1 电弧法 58
2.2.2 激光蒸发法 62
2.2.3 催化热解法 65
2.2.4 太阳能法 72
2.2.5 直径最小的单壁纳米碳管 73
2.3 双壁纳米碳管的制备 74
2.3.1 富勒烯充填处理法 74
2.3.2 电弧放电法 75
2.3.3 流动催化法（浮游法） 76
2.4 纳米碳管阵列 80
2.4.1 多壁纳米碳管阵列 80
2.4.2 单壁纳米碳管绳 85
2.5 纳米碳管的生长机理 90
2.5.1 催化热解法 91
2.5.2 电弧法和激光蒸发法 93
2.5.3 单壁纳米碳管 98
2.5.4 单壁纳米碳管束 105
2.6 纳米碳管的提纯 106
2.6.1 物理法纯化多壁纳米碳管 106
2.6.2 化学法纯化多壁纳米碳管 107
2.6.3 单壁纳米碳管的提纯 109
参考文献 114
第3章 纳米碳管的结构与拉曼光谱表征 119
3.1 纳米碳管的基本结构 120
3.1.1 单壁纳米碳管的结构特征 120
3.1.2 单壁纳米碳管的晶格参数 125
3.1.3 规则纳米碳管的结构和欧拉定律 127
3.1.4 纳米碳管的连接 130
3.2 纳米碳管的基本结构 132
3.2.1 多壁纳米碳管 132
3.2.2 单壁纳米碳管的管束及管束环 134
3.2.3 纳米碳管结构的稳定性 136
3.3 纳米碳管结构的观察 143
3.3.1 纳米碳管的实验观察分析 143
3.3.2 纳米碳管各种结构的实验观察 146
3.3.3 纳米碳管结构的控制 149
3.4.2 纳米碳质材料的拉曼光谱研究 152
3.4 纳米碳管的拉曼光谱表征 152
3.4.1 拉曼（Raman）光谱简介 152
3.4.3 纳米碳管的拉曼和红外活性振动模 153
3.4.4 单壁纳米碳管的声子色散关系 157
3.4.5 多壁纳米碳管拉曼光谱的实验研究 160
3.4.6 单壁纳米碳管呼吸模和碳碳伸缩模的拉曼光谱 161
3.4.7 单壁纳米碳管的共振拉曼光谱 164
3.4.8 通过拉曼光谱判断单壁纳米碳管的导电性 169
参考文献 172
第4章 纳米碳管的表面特征与孔结构 176
4.1 纳米碳管中的气体吸附 177
4.2 纳米碳管的表面 178
4.2.1 纳米碳管表面化学结构的不均匀性 179
4.2.2 单壁纳米碳管的比表面积 183
4.2.3 多壁纳米碳管的比表面积及其对碳管外径的依存性 186
4.2.4 纳米碳管的成束状况 188
4.2.5 大表面积纳米碳管的制备和孔径控制 189
4.3 纳米碳管中的孔隙及其决定的吸附过程 190
4.3.1 基本孔隙——纳米碳管的准一维纳米中空管 192
4.3.2 单壁纳米碳管的氮吸附和多维孔径结构 194
4.3.3 多壁纳米碳管的多维孔隙结构及其决定的多段吸附过程 195
4.3.4 纳米碳管多维孔隙结构模型 198
参考文献 200
第5章 纳米碳管的力学性能及其应用 203
5.1 纳米碳管力学性能的理论研究 204
5.1.1 纳米碳管的弹性模量 205
5.1.2 纳米碳管的Stone-Wales形变 207
5.1.3 纳米碳管断裂的理论分析 209
5.2 纳米碳管力学性能的实验研究 211
5.2.1 纳米碳管的轴向模量 211
5.2.2 纳米碳管的径向模量 218
5.2.3 纳米碳管的拉伸强度 219
5.3 纳米碳管力学性能的应用 227
5.3.1 扫描探针显微镜的探针 227
5.3.2 纳米碳管在复合材料中的应用 230
参考文献 238
第6章 纳米碳管的电磁性能及其应用 241
6.1 纳米碳管的电子能带结构 242
6.1.1 二维石墨烯 242
6.1.2 单壁纳米碳管 243
6.1.3 管束和多壁纳米碳管 249
6.1.4 纳米碳管结 251
6.1.5 单壁纳米碳管电子态密度的实验测定 256
6.1.6 纳米碳管的电子能量损失谱 261
6.2 纳米碳管中的电子输运及磁学性质 262
6.2.1 纳米碳管的电子输运特点 262
6.2.2 多壁纳米碳管的电学特性 264
6.2.3 单壁纳米碳管的电学特性 268
6.2.4 掺杂纳米碳管的电学特性 271
6.2.5 纳米碳管的磁学性质 272
6.2.6 纳米碳管的AB效应 274
6.3 纳米碳管电磁性能的应用 276
6.3.1 纳米电子器件 276
6.3.2 微型传感器 280
6.3.3 纳米碳管电动机械装置 281
参考文献 283
7.1 场致发射的基本原理 287
7.1.1 固体内部电子状态与表面势垒 287
第7章 纳米碳管的场致发射性能及其应用 287
7.1.2 电子逸出与逸出功 289
7.1.3 福勒尔-诺德海姆模型 290
7.2 常用的场致发射材料 294
7.2.1 难熔金属及其化合物 294
7.2.2 碳质材料 296
7.2.3 氮化硼（BN）材料 297
7.3 纳米碳管的场致发射性能 298
7.3.1 纳米碳管场致发射性能的测试方法 298
7.3.2 单壁纳米碳管的场致发射性能 306
7.3.3 多壁纳米碳管的场致发射性能 310
7.3.4 影响纳米碳管场致发射的主要因素 321
7.4 纳米碳管场致发射性能的应用 328
7.4.1 场致发射平板显示器 . 328
7.4.2 冷发射阴极射线管 329
7.4.3 其他可能的应用 331
参考文献 332
第8章 纳米碳管的储放氢特性 335
8.1 传统储氢材料的发展及现状 337
8.1.1 高压及液化储氢 337
8.1.2 金属氢化物储氢 338
8.1.3 多孔物质吸附储氢 339
8.2 纳米碳管储氢特性的实验研究进展 340
8.2.1 纳米碳管的储氢容量及其实验研究方法 340
8.2.2 纳米碳管储氢的实验研究结果 343
8.2.3 影响纳米碳管储氢性能的因素分析 349
8.3 纳米碳管储氢的理论研究 352
8.3.1 几何模型 352
8.3.2 理论计算 353
8.4 纳米碳管储氢中存在的问题和前景展望 366
参考文献 367
第9章 纳米碳管的电化学性能 369
9.1 电化学储氢 370
9.1.1 基本原理 370
9.1.2 纳米碳管的理论储氢容量及可能机理 370
9.1.4 纳米碳管的电化学储氢特性 373
9.1.3 纳米碳管储氢电极的制备及其电化学性能测试 373
9.1.5 电化学储氢的应用 384
9.2 锂离子电池中纳米碳管负极材料 384
9.2.1 锂离子电池概述 384
9.2.2 锂离子电池中负极材料的种类 386
9.2.3 纳米碳管负极材料的研究 388
9.3 纳米碳管的电化学电容特性及应用 390
9.3.1 电化学电容器原理及关键材料 391
9.3.2 影响极化电极比电容的主要因素 393
9.3.3 纳米碳管的电化学电容特性 397
9.3.4 电化学电容器应用展望 402
参考文献 403
第10章 纳米碳管化学 406
10.1 纳米碳管的结构和化学性质 407
10.1.1 纳米碳管的价键结构及化学特性 407
10.1.2 理想的一维纳米空间 408
10.2 管中化学——纳米反应器中的物理化学 410
10.2.1 纳米碳管开口中空管的吸附行为 410
10.2.2 纳米碳管内的填充 413
10.2.3 最小的反应器…纳米试管 416
10.3 管外化学———纳米碳管的化学改性 418
10.3.1 纳米碳管化学改性的机理 419
10.3.2 纳米碳管的化学改性及其应用 420
参考文献 432
第11章 纳米碳纤维——介于纳米碳管和气相生长碳纤维的新材料 436
11.1 纳米碳纤维的制备 437
11.1.1 制备方法简介 437
11.1.2 影响纳米碳纤维生长的主要因素 440
11.2 纳米碳纤维的形貌及微观结构观察 443
11.3 纳米碳纤维的生长机理 451
11.4 纳米碳纤维的性能及应用前景 456
11.4.1 纳米碳纤维的性能 456
11.4.2 纳米碳纤维的应用前景 461
参考文献 466
中英文对照表 469