當前，低維納米材料以其獨特的結構和性質受到了世界科技、經濟和社會各界的高度關注，是材料前沿研究的熱點領域之一。
從空間而言，低維納米材料可以按零維（顆粒狀）、一維（線狀）、二維（層狀） 進行分類。準一維納米材料通常是指僅沿某一個維度生長、而在其他維度限制生長的納米材料。由于這類納米材料的結構高度各向異性，其性質往往也呈現各向異性，再加上可以通過多種方法使其功能化，在未來的納米材料、納米器件、納米機械等研究領域具有多樣而奇特的應用前景。準一維納米材料包括如下類別：納米線 （nanow iren），納米管（nanotube），納米帶 （nanoribbon） 和納米導線 （nanoline） 等。本文僅對準一維納米碳材料及其制備方法進行概述，并對其典型應用領域進行介紹。
1 準一維納米碳材料及其制備
1.1 碳納米管
碳納米管 （CarbonNanotubes,簡寫 CNTS） 較早被發現。因CN TS 具有尺寸較小、比表面大、界面效應強等特點而備受研究者的青睞。CN TS 的制備方法包括：激光蒸發法、電弧放電法、化學汽相沉積（CVD） 法等。
Bandow 等[1]人激光蒸發法對實驗設備進行了改進，首次成功制得高質量的單壁CNTS.該方法的基本原理是激光束的熱量加熱石墨靶，使之生成氣態碳。這些氣態碳原子和催化劑粒子，在催化劑作用下使碳原子生長成CN TS.
1.2 碳納米棒
碳納米棒是不同于納米管的另一種納米材料，主要差異就是其內部為實芯。其制備方法包括：電弧放電法、激光蒸發法和 CVD 法等。
Song等[2]采用C2H2為碳源，采用Si為襯底的Fe 基催化劑，實驗溫度為973℃，用CVD 法制備出碳納米棒。
1.3 碳納米帶
顧名思義，納米帶是帶狀結構的。它們的橫截面均是矩型，一般寬厚比要大于10.納米帶具有顯著的特點，這就是它們有完整的習性晶面。納米帶的晶體結構呈各向異性，不同晶面有不同的表面能，物理性質差異顯著。
這一特點在晶體生長及其控制中有重要價值，人們通過控制晶體某些特定晶面的生長，就可以實現晶體的功能設計和制備。納米帶的缺點是沒有納米管那樣的高結構強度。但納米帶的生產過程簡單可控，有利于保證批量產品的質量。
碳納米帶的制備方法有電弧放電法、CVD 法等。M ahanandia等[3]以四氫呋喃為碳源，使用二茂鐵為催化劑，不用惰性氣體載氣，采用CVD 法在石英管內壁上沉積，制得碳納米帶。
1.4 碳納米纖維
碳納米纖維是由多層石墨片層卷曲而成的，長度為0.5~100μm,直徑為 10~500nm,是介于CNTS 和普通碳纖維之間的準一維碳材料。碳納米纖維有大的比表面積，優異物理、化學性質和化學穩定性，和較好的導電性能。
其制備方法有電弧放電法和靜電紡絲法等。Pacheco-sotel等[4]采用電弧放電法制得碳納米纖維，平均直徑為80nm、表面干凈。
1.5 碳納米卷
碳納米卷是由單層或多層石墨烯薄片卷繞而形成的，結構非封閉，壁間距可調。碳納米卷的常用制備方法有電弧放電法、超聲剝離法、異丙醇卷起單層石墨片層發。
1960 年，在壓強為9.2M pa 的氬氣中、溫度為3600℃的實驗條件下，Braga[5]用電弧放電法，成功獲得長度約 5cm、平均直徑約為5m m 的石墨晶絲。目前，批量生產碳納米卷的工業方法尚未見報道。
可以說，實驗制備高質量的碳納米卷難度很大、成本較高，研究者更愿意用一些材料設計軟件先進行虛擬研究設計研究，再實驗制備。
2 準一維納米碳材料的典型應用
2.1 儲氫材料
氫氣是一種極為理想的代替石油、煤等不可再生資源的能源，它的優點是含量大便于制取、清潔無污染。目前，阻礙氫氣能源應用的主要是儲存問題。CN TS 則為氫能儲存提供了新方法。Zacharia 等[6]在CNTS 中摻入金屬粒子，研究純CN TS 和摻雜CN TS 對氫分子的吸附行為。研究結果揭示，在CN TS 中摻雜納米金屬粒子不僅能夠提升其吸氫速率，而且可以大大提高其儲氫容量。
2.2 場發射器件
CNTS 具有很高的電子態密度，且其直徑僅有幾個納米，因而其附近易于建立強電場，從而將電子從納米管頂部發射出去。大量實驗研究結果證實，CN TS 具有優異的場致電子發射能力。Cui等[7]采用CVD 法制得CNTS.他們研究發現，隨著溫度的增加CN TS 的場發射性質顯著改善。CN TS 陣列制備研究的進展是重要突破，這使得人們能把數以萬計的CNTS 有序排列在基片上。顯然，這有力地促進CN TS 陣列在場發射領域的應用開發。
2.3 化學傳感器
利用CN TS 導電性能與吸附氣體的關系，人們研制了基于CN TS 的化學氣體傳感器，它們可以檢測多種氣體。例如，M erkoci等[8]基于CN TS 制成具有極高的靈敏度的電化學傳感器。其原理是CN TS 可以提升電子遷移速率，而金屬鉑具有催化性能，他們用CN TS 對鉑碳電極表面進行修飾，從而使傳感器兼有這兩個特性，提升了傳感器的靈敏度。
2.4 水處理材料
CNTS 具有微孔結構、較大的比表面積和多種吸附中心。因而成為人們期望的優質微污染吸附劑、正在探索將它們應用于水處理等環境治理和生態保護領域。
2.5 其它應用
CNTS 上有一些懸浮鍵，與高分子材料復合時，結合界面有化學鍵形成、結合牢固，進而得到性能優異的復合材料。如該類復合材料的彈性、強度、抗靜電性、吸收微波性等不一而足。
CNTS 復合材料的優異性能可使其廣泛應用于電磁干擾屏蔽材料、合成纖維、隱身材料、導電或抗靜電塑料等諸多行業。碳納米帶還可應用于平板顯示，由于它的高的電導率和高的光學透明性，使其在平板顯示、太陽能、光電子領域都有潛在的應用價值。
3 結語
準一維納米碳材料具有極高的科研和潛在的應用價值。目前，在其制備和應用研究方面取得了一定的成就，尤其是在CNTS 和碳納米纖維。雖然對CN TS 和碳納米纖維的生成機理研究的比較成熟，但對于其它準一維納米碳材料確切的生長機理還沒有完全掌握，其制備大多處于實驗研究階段。在應用研究方面，對準一維納米碳材料結構和性能之間的關系的研究還不夠系統深入，還需要進行大量的性質以及應用基礎研究。
[參考文獻]
[1] Bandow S, Asaka S, Saito Y et al.生長溫度對于單壁碳納米管的直徑分布和手性的影響[J].物理學評論通訊，1998.
[2] 劉強，劉偉，崔志民，宋衛國。雙支 K 接點碳納米管和納米棒的 3D 合成與表征[J].Carbon, 2007.
[3] Mahanandia P, Nanda KK, Prasad V et al.碳納米帶和單晶鐵填充碳納米管的合成與表征[J].材料研究公告，2008.
