纳米碳材料及其应用

纳米碳材料及其应用材料科学与工程学院

单质碳的存在形式1. 金刚石（Diamond）

2. 石墨（Graphite）

3. 富勒烯（Fullarene）

4. 无定形碳（Amorphous）

5. 碳纳米管（Carbon nanotube）

6. 六方金刚石（Lonsdaleite）

8. 纤维碳（Filamentous carbon）

9. 碳气凝胶（Carbon aerogels）

10. 碳纳米泡沫（Carbon nanofoam）……

最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，最终形成了一种硬度大，活性差的固体。

金刚石的熔点超过350℃，相当于某些恒星的表面温度。

石墨中碳原子以平面层状结构键合在

一起，层与层之间键和比较脆弱，因

此层与层之间容易被滑动而分开。

7. 赵石墨（Chaoite）石墨与陨石碰撞时产生，具有

六边形图案的原子排列。

富勒烯的结构?哈罗德·克罗托（Harold W Kroto）受建筑学家理查德·巴克明斯特（Richard Buckminster 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的启发，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）

?富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们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C60，C240，C540的直径比为

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

富勒烯的性质和应用

＊C60有润滑性，可作为超级润滑剂。

＊金属掺杂的C60有超导性，可用作超导材料

＊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，在生命科学、医学、天体物理学等

领域也有一定意义。

＊富勒烯成员还有C70、C82、C84、C90、C96等。

从左到右：C60、C70、C76/C78、C84

碳纳米管的发现 1985年，英国萨塞克斯大学的波谱学家克罗托（Harold W. Kroto）和美国莱斯大学斯莫利Richard E. Smalley发现了富勒烯，共同荣获1996年诺贝尔化学奖。

1991年年11月，日本筑波NEC实验室的物理学家饭

岛澄男Iijima Sumio）使用高分辨率分析电镜从电弧

法生产的碳纳米管。(Multi-walled Carbon Nanotubes )

1993年，美国IBM公司Almaden实验室Bethune 等人

和Iijima同时报道了观察到单壁碳纳米管(Single—walled Carbon Nanotubes)

碳纳米管结构

1)按形态分

普通封口型变径型洋葱型海胆型

竹节型

念珠型纺锤型螺旋型其他异型

碳纳米管又叫巴基管，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。

2)按手性分

?单壁碳纳米管分为achiral 和

chiral 两个基本类型。

?Achiral 型又分为zigzag （锯齿型）

和armchair（扶手椅型）两类。

Armchair Zigzag

碳纳米管的性能

特性单壁碳纳米管比较

尺寸直径0.6-1.8nm电子刻蚀可以产生50nm宽，几纳米厚

的纳米线密度 1.33-1.40g·cm-3铝的密度2.9g·cm-3

抗拉强度45GPa高强度合金钢2GPa

抗弯强度可大角度弯曲不变形，回复原形金属和碳纤维在晶界处断裂

载流容量估计1GA·cm-2铜线载1000kA·cm-2时即烧毁

场发射电极间隔1um时，在1-3V激发铝尖端发光需要50-100V·um-2 ，且发光

时间有限

金刚石6000W·(m·K) -1热导室温热导率有望达到

6000W·(m·K)-1

真空稳定至2800℃，空气750℃微芯片的金属导线在600-1000℃熔化高温稳定

性能

凝胶&气凝胶

?凝胶：溶胶或溶液中的胶体粒子或高分子在一定条件下互相连接，形成空间网状结构，结构空隙中充满了作为分散介质的液体（在干凝胶中也可以是气体），这样一种特殊的分散体系称作凝胶。

?内部常含有大量液体，但没有流动性。例如血凝胶、琼脂的含水量都可达99%以上。

?由溶液或溶胶形成凝胶的过程称为胶凝作用。

?可分为弹性凝胶和脆性凝胶。

–弹性凝胶失去分散介质后，体积显著缩小，而当重新吸收分散介质时，体积又重新膨胀，例如明胶等。

–脆性凝胶失去或重新吸收分散介质时，形状和体积都不改变，例如硅胶等。

碳纳米管的应用——力学

超强纤维

–碳纳米管具有弹性高、

密度低、绝热性好、强

度高、隐身性优越、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

太空电梯构想图

碳纳米管的应用——力学

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/有机复合材料碳纳米管增强陶瓷基复合材料

自愈合材料有望极大提高航天航空器的自我保护和修

复能力！

碳纳米管的应用－隐身材料 碳纳米管对红外和电磁波有隐身作用:

1.纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长，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；

2.纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉大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，很难发现被探测目标，起到起到了隐身

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

?碳纳米管由于其管道结构及

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。

碳纳米管储氢示意图红点为氢原子

锂离子电池

碳纳米管的层间距略大于石墨

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，

循环性能好。碱金属如锂离子

和碳纳米管有很强的相互作用。

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，可你容量为

700mAh/g，远大于石墨的理论

可逆容量372mAh/g。

日机装公司制成以直径为20nm的碳

纳米管为负极材料的锂离子电池

碳纳米管的应用－纳米器件 纳米导线

碳纳米管的直径仅数纳米至数十纳米，耐电

流密度可达铜的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

管还可以用来构筑纳米场效应晶体管、单电

子晶体管等纳米器件，变频器、逻辑电路以

及环形振荡器等各种逻辑电路。

IBM的研究人员已经在单一“碳纳米管”分

子上构建起了首个的完整电子集成电路，比

当今的硅半导体技术具有更强大的性能，有

里程碑式的重要意义。

碳纳米管电子线路

碳纳米管的应用－电子器件 场致发射

?纳米级发射尖端、大长径比、高强度、高韧性、良

好的热稳定性和导电性等，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

中稳定、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电子发送

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。

1.不易折断：即使与被观察物体的表面发生碰撞，也不易折断，碳纳米管可与被观察物体进行软接触。

2.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

显现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，而且可极大的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蛋白质、生物大分子结构的观察和表征中的应用。

超级电容器

多孔碳不但微孔分布宽（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、微孔大小可通过合成工艺加以控制，

比表面利用率可达100%，超级电容器极

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

碳纳米管的点双层电容器实例移动通讯、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。

碳纳米管的应用－传感器 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

探测报警。

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。

Thanks For Your Attention!

纳米碳纤维及其应用

功能材料论文：纳米碳纤维及其应用 学校：上海电力学院 班级：应用化学110103 姓名：赵立 学号：ys1110122026

纳米碳纤维及其应用 摘要：作为一种新型碳基纳米材料，纳米碳纤维由于具有优异物理化学性能和可控微结构受到越来越多研究者的重视。本文主要介绍了纳米碳纤维的现状与发展，包括纳米碳纤维的制备、性能与应用。并讨论了纳米碳纤维的市场和发展前景。 关键词：纳米碳纤维；性能；应用；发展前景 一、前言 作为高性能纤维的一种，碳纤维既有碳材料的固有本征。又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代军民两用新材料，已广泛用于航空航天、交通、体育与休闲用品、医疗、机械、纺织等各领域。纳米碳纤维是当代纤维研究领域的前沿课题。也是一项多学科交叉、多技术集成的系统工程。 纳米碳纤维(Carbon Nanofibers 简称CNF)是化学气象生长碳纤维的一种形式，是由通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维。纳米碳纤维的研究开始于1991年，日本科学家饭岛利用高分辨电子显微镜在石墨棒放电所形成的阴极沉积物中发现纳米碳纤维，自从发现了纳米碳纤维，它就引起了理论研究者以及工业应用者的兴趣。纳米碳纤维/聚合物基复合材料在世界范围内的研究工作刚刚起步，我国亦在进行跟踪研究。 从物理尺寸、性能和生产成本来看纳米碳纤维的构成是以碳黑、富勒烯、单壁和多壁纳米碳管为一端，以连续碳纤维为另一端链节中的一环。纳米碳纤维的直径在50～200nm之间，但目前不少研究工作者把直径在100nm以下的中空纤维称之为纳米碳管，亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳管和气相生长碳纤维之间[1]。与纳米碳管相比纳米碳纤维的制备更易于实现工业化生产。CNFs除了具有CVD法碳纤维低密度、高比模量、高比强度、高导电、热稳定性等特性外，还具有缺陷数量非常少、长径比大、比表面积大、结构致密等优点。由于纳米碳纤维具有许多优异的物理和化学性质，因此可应用于电子器件、聚合物添加剂、储能材料、催化剂载体、电磁屏蔽材料、防静电材料、电磁波吸收材料等诸多领域。 二、制备 制备纳米碳纤维的三种主要方法以及特性是： (1) 基体法在石墨或陶瓷基体上分散纳米级催化剂颗粒的“种粒”，并在高温下通人碳氢气体化合物，热解后在催化剂颗粒上析出纳米碳纤维[2]。利用基体法可制备出纯度较高的纳米碳纤维，但由于超细催化剂颗粒的制备较为困难，且受从板温度和热解气体浓度不均及催化剂粒子在基板上分布不均等因素的影响，纤维生长疏密不匀，也很难得到直径较细的制品。此外，纳米碳纤维仅在有催化剂的基体上生长，产量不高，难以连续生长，不易实现工业生产。 (2) 喷淋法在苯等液体有机化合物中掺人催化剂，并将含催化剂的混合溶液在外力作用下喷淋到高温反应室中，制备出纳米碳纤维[3]。喷淋法可实现催化剂连续喷入，为工业化连续生产提供了可能，但催化剂与烃类气体的比例难以优化，喷淋过程中催化剂颗粒分布不

碳纳米管纳米材料的应用要点

碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着

纳米碳纤维及其应用

综 述 纳米碳纤维及其应用 赵稼祥 (航天材料及工艺研究所,100076) 摘　要　介绍世界纳米碳纤维的现状与发展,包括纳米碳纤维的制备、性能、与应用。讨论纳米碳纤维的市场和发展前景。 关键词　碳纤维,纳米,应用 Carbon Nanofiber and It ’s Applications Zhao Jiaxiang (Aerospace Research Institute of Materials and Processing T echnology ,100076) ABSTRACT In this paper the present status and development of carbon nanofiber in the w orld were briefly introduced ,including manu facturing of carbon nanofiber ,properties and application of carbon nanofiber.The market and perspective of development were als o discussed. KEY WORDS carbon ,carbon nanofiber ,application ,market 1　前　言 2002年10～11月在美国北卡罗来纳州首府洛 利(Raleigh ,NC )参加了2002年世界碳纤维会(G lobal Outlook for Carbon Fiber 2002),会后参观、访问了北 卡罗来纳大学国家纺织实验室(State T extile Laborato 2ry ,N orth Carolina State University )和土木工程系,阿 拉巴马大学材料工程系(Department of Materials Engi 2neering ,University of Alabama ),乔治亚理工大学复合 材料教育研究中心(C om posite Education and Research Center ,G eorge University of T echnology )、材料科学与 工程系和机械工程系等,与有关教授、专家和学者,讨论、交换对碳纤维、复合材料与先进材料技术现状、应用与发展的看法,有很大收获[1]。本文简要介绍纳米碳纤维的定义、制备技术、性能、应用、生产与市场及其发展前景。 纳米碳纤维(Carbon Nanofibers 简称C NF )是化学气象生长碳纤维的一种形式,是由通过裂解气相碳氢化合物制备的非连续石墨纤维。从物理尺寸、性能和生产成本来看它是构成以碳黑、富勒烯、单壁和多壁纳米碳管为一端,以连续碳纤维为另一端链节中的一环。 纳米碳纤维的直径在50～200nm 之间,但目前不少研究工作者把直径在100nm 以下的中空纤维称之为纳米碳管,亦即纳米碳纤维的直径介于纳米碳管和气相生长碳纤维之间。与纳米碳管相比纳米碳纤维的制备更易于实现工业化生产。 表1　纳米碳纤维的性能 性　能热处理前 热处理后 抗拉强度(G Pa ) 2.77.0抗拉模量(G Pa )400600断裂应变(%) 1.50.5密度(g/cm 3) 1.8 2.1电阻率(Ωμ-cm )100055热导率(W/m -K ) 20 1950 2　制　备 制备纳米碳纤维的三种主要方法以及特性是:(1)基体法　在陶瓷或石墨基体上散布纳米催 化剂颗粒,高温下通入烃类气体,热解后析出纳米碳纤维[2]。基体法可制备出高纯纳米碳纤维,但纳米级催化剂颗粒制备困难,一般颗粒直径较大,较难制 第4期48　 纤维复合材料N o.42003年12月 FIBER COMPOSITES Dec.,2003

多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究

多孔纳米碳纤维的制备及其在超级电容器中的应用研究3 牛　强,张孝彬,程继鹏,刘　芙,周胜名,聂安民,谭俊军,崔白雪,周丽娜(浙江大学硅材料国家重点实验室,浙江杭州310027) 摘　要:　利用溶胶凝胶燃烧法制备了碱金属氧化物掺杂的铜催化剂,并使用这种催化剂在不同的温度、掺杂比例下通过热CVD法合成出了具有多孔分叉结构的纳米碳纤维。通过TEM、HR TEM、B ET和激光拉曼光谱等手段对产物进行表征,显示这种纳米碳纤维的比表面积可高达1162m2/g,远高于普通的碳电极材料,并且具有非常丰富的中孔结构,克服了常规碳纳米纤维在应用中表现出的相对有效利用面积不大,比电容不高等缺陷,具备做电极材料的潜力。在将其应用于超级电容器电极材料后,利用二次电池测试仪及电化学工作站对其进行了循环伏安曲线及恒流充放电曲线的测试,结果显示这种纳米碳纤维具有良好的电化学电容行为,电极的可逆性良好,并且比电容值高达203F/g。这些发现将有助于碳纳米材料可控制备的研究,并且提供了一种有一定应用潜力的超级电容器电极材料。 关键词:　化学气相沉积;碱金属;多孔纳米碳纤维;超级电容器 中图分类号:　O613.71文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)022******* 1　引　言 超级电容器是近年来出现的一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件,它的能量密度大,比充电电池功率密度高,而且可快速充放电,使用寿命长,是一种新型、高效、实用的能量存储装置,在一些情况下能代替电池,并且在大功率,大电流器件等的应用领域十分广泛的应用前景[1,2]。 提高超级电容器性能的关键是寻找合适的电极材料,目前研究较多的有碳材料、金属氧化物和导电聚合物等单一电极材料以及复合电极材料。综合制备工艺,成本因素以及性能表现,我们把研究重点放在了新型的碳纳米纤维上[3]。 常规碳纳米纤维在应用中却表现出相对有效利用面积不大,电容质量比不高等缺陷。所以,将纳米碳纤维用于超级电容器的关键就是设法使它具有特殊的结构[4～6]。这里我们制得了一种具有多孔分叉结构的纳米碳纤维,证明此纤维具有优异的电化学储能性,十分适于作为超级电容器的电极材料。具体来说,我们利用特殊的碱金属氧化物掺杂制得了新型的催化剂,继而利用热CVD合成出的这种多孔纳米碳纤维在具有常规碳纤维的优异性能的同时,还具有非常丰富的中孔,较高的比表面积[7～10]。并且在将其用作超级电容器电极材料后的各项测试中,表现出良好的电化学电容行为。这些发现将有助于碳纳米材料可控制备的研究,并且提供了一种有一定应用潜力的超级电容器电极材料。 2　实　验 2.1　催化剂的制备 本实验中所用的催化剂采用简单的燃烧法制得。将KNO3,Cu(NO3)2?3H2O和Mg(NO3)2?3H2O 按n(K)∶n(Cu)∶n(Mg)=0.3∶1∶2的摩尔比混合,并添加柠檬酸作为助燃剂,在蒸馏水中混合溶解形成透明溶液。将溶液转移至瓷舟,并置于500℃的马弗炉中,溶液迅速燃烧,待完全燃尽后,取出石英舟,冷却至室温。最后将泡沫状的燃烧物研磨成粉末,即得到制备多孔分叉纳米碳纤维的催化剂。 2.2　多孔纳米碳纤维的制备 将炉温升至675℃,以600ml/min的速度通氮气5min,排除生长炉中石英管内的空气,接着按v(C2H2)∶v(N H3)∶v(N2)=100∶300∶200的比例,以600ml/min的速率通入3种气体的混合气,当气流和温度稳定后,将0.2g催化剂均匀铺在石英舟上,推至生长炉中段恒温区进行生长。反应30min后停止,在氮气氛围下冷却至室温,并收集黑色产物即为制备所得多孔纳米碳纤维。 2.3　多孔纳米碳纤维电极超级电容器的制作 首先将纳米碳纤维粗产物进行纯化处理以除去产物中的催化剂残余:以v(HNO3)∶v(H2SO4)=3∶1的体积比配制酸溶液,将纳米碳纤维粗产品浸泡入酸溶液中,超声波振荡5h后取出,置入离心机中反复离心、清洗至p H值约为7,再放入恒温烘箱中以95℃的温度恒温干燥。 以9∶1的质量比将纳米碳纤维与聚四氟乙烯(P TFE)=9∶1的质量比,在纳米碳纤维中加入P T2 FE乳液混合均匀,加蒸馏水调至乳胶状,均匀地涂覆在泡沫镍极片上,置于恒温干燥箱中在80℃下恒温干 413功 能 材 料 2009年第2期(40)卷 3基金项目:国家自然科学基金资助项目(50571087) 收到初稿日期:2008207221收到修改稿日期:2008209227 通讯作者:张孝彬 作者简介:牛　强　(1984-),男,陕西西安人,在读硕士,师承张孝彬教授,从事碳纳米材料的研究。

碳纳米管的性质与应用

碳纳米管的性质与应用 【摘要】 本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。 【关键词】 碳纳米管场发射复合材料优良性能 【前言】 自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。 【正文】 一、碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。 对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳

纳米碳材料及其应用

纳米碳材料及其应用材料科学与工程学院

单质碳的存在形式1. 金刚石（Diamond） 2. 石墨（Graphite） 3. 富勒烯（Fullarene） 4. 无定形碳（Amorphous） 5. 碳纳米管（Carbon nanotube） 6. 六方金刚石（Lonsdaleite） 8. 纤维碳（Filamentous carbon） 9. 碳气凝胶（Carbon aerogels） 10. 碳纳米泡沫（Carbon nanofoam）…… 最为坚固的一种碳结构，其中的碳原子以晶体结构的形式排列，每一个碳原子与另外四个碳原子紧密键合，最终形成了一种硬度大，活性差的固体。 金刚石的熔点超过350℃，相当于某些恒星的表面温度。 石墨中碳原子以平面层状结构键合在 一起，层与层之间键和比较脆弱，因 此层与层之间容易被滑动而分开。 7. 赵石墨（Chaoite）石墨与陨石碰撞时产生，具有 六边形图案的原子排列。

富勒烯的结构?哈罗德·克罗托（Harold W Kroto）受建筑学家理查德·巴克明斯特（Richard Buckminster 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的启发，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） ?富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们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C60，C240，C540的直径比为 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

纳米活性炭纤维

纳米活性炭纤维 随着人口的増长和城市化的加速，有机物的污染越来越严重。都市生活污水量的不断増加，使有机污染物增加，而且工业废水中排放的有机物的总量上升。化工、冶金、炼焦、轻工等行业是有机污染的主要来源。这些行业排出的有机物不仅数量多，而且有有害和有毒的物质，对环境造成极大危害。 活性炭纤维（ACF)以它优异的吸附、脱附性能已在有机废水处理中广泛应用。如有机化工中含氯仿废水、制药厂高浓度废水、页岩油干馏废水、农药废水、炼油厂废水、多氯联苯、甲苯废水、苯齡废水、有机染料废水、己内酰胺废水等。 理化性能 ACF最显著的特点是具有很大的比表面积和丰富的微孔，徼孔的体积占总孔体积的90%以上，微孔直径小且直接开口于纤维表面，因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附和脱附速度快等优点，ACF表面也含有大量的有机基团，具有强的氧化还原反应能力。 纳米活性炭纤维比表面积和吸附容量大。微孔的孔径分布范围窄，再生性能大大优于颗粒状活性炭。活性炭纤维中以微孔为主，孔径小，对低浓度物质的吸附性能尤为突出，颗粒状活性炭在甲苯浓度低于0.01%时已基本失去吸附能力，而活性炭纤维在甲苯浓度低于0.001%时仍有良好的吸附效果。 工艺技术 操作过程 生产活性炭纤维（ACF)用的有机原纤维有：纤维素系、酚醛系、聚丙烯腈系、沥青系、聚乙焼醇系、苯乙焼源烃共聚系和木质系等，工业上所使用的主要是前4种原料。 在制造ACF之前，有机原纤维一般要经过低温200~400°C在空气中进行几十分钟乃至几小时的不熔化处理，随后进行（炭化）活化处理，也可以炭化和活化同时进行。活化方法主要包括物理活化、化学活化。用C02为活化介质，在惰性气体如氮气的保护下，处理温度一般在600~1000°C。具体的处理过程根据原材料和实际要求的不同而有所差异。 ACF的制造工艺过程，因原料和产品性能不同而异，但通常都要经过预处理、炭化和活化三个阶段。 预处理的目的，随原料纤维不同而异。对聚丙烯腈纤维和沥青纤维而言，为使原料纤维不熔化，即在炭化过程中不熔融变形，继续保持纤维形状，可采取预氧化稳定处理，使聚丙烯腈和沥青分子形高聚物而提高其热稳定性。而黏胶纤维预处理的目的患是高原料纤维的热氧稳定性、控制活化反应特性，以达到改善活性炭纤维的结构、性能并提高产品的得率。为此，采用无机盐溶液浸渍的方法；常用的浸渍剂为磷系或氯系化合物溶液，如磷酸、偏磷酸、焦磷酸及氯化锌等。酚酵树脂系纤维因不存在软化点，无需作不熔化处理，即可炭化和活化。

碳纳米材料的性能及应用作业.

碳纳米材料的性能及应用 Z09016114 蔡排枝 摘要:纳米材料被誉为21世纪的重要材料,而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性,在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景。本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状,阐述了碳纳米材料碳60、碳纳米管及石墨烯的结构性能,并对其应用特性进行了初步探讨和分析。 一.引言 碳纳米材料是指材料微观结构在0-3维内其长度不超过100nm;由碳原子组成,材料中至少有一维处于纳米尺度范围0-100nm;具有纳米结构。它有四种基本类型:a.纳米粒子原子团如C 60 (零维 b. 碳纳米纤维和碳纳米管(1维 c. 碳纳米层或膜材料石墨烯(2维 d.块体纳米材料如金刚石(3维。 由于碳纳米材料的独特结构,使其具有不同于常规材料和单个分子的性质如量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等,从而导致了碳纳米材料的力学性能、电磁性能、光学性能、热学性能等的改变,并使之在电子学、光学、化工陶瓷、生物、医药、日化诸多方面有重要价值,得到广泛的应用。由于石墨,金刚石并不是常用的碳纳米材料。 碳纳米材料中,目前应用最成熟的就是碳纳米管。碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料,由石碳原子层卷曲而成,管直径一般为几纳米到几十纳米,管厚度仅为几纳米,长度可达数微米。由于拥有潜在的优越能,碳纳米管无论在物理、化学还是在材料科学领域都将有大发展前景。比如在材料科学领域,碳纳米管的长度是直的几千倍,被称为“超级纤维”,其性质随直径和螺旋角的同有明显变化。近年来,美国、日本、德国和中国等国家相成立了纳米材料研究机构,使碳纳米管的研究进展随之加快并在制备及应用方面取得了突破性进展。 二.碳纳米材料的性能

碳纳米材料概述

碳纳米材料概述 名字：唐海学号：1020560120 前言 纳米碳材料是指分散相尺度至少有一维小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳原子组成，也可以由异种原子（非碳原子）组成，甚至可以是纳米孔。纳米碳材料主要包括三种类型：碳纳米管，碳纳米纤维，纳米碳球。 近年来，碳纳米技术的研究相当活跃，多种多样的纳米碳结晶、针状、棒状、桶状等层出不穷。2000年德国和美国科学家还制备出由20个碳原子组成的空心笼状分子。根据理论推算，包含20个碳原子仅是由正五边形构成的，C60分子是富勒烯式结构分子中最小的一种，考虑到原于间结合的角度、力度等问题，人们一直认为这类分子很不稳定，难以存在。德、美科学家制出了C60笼状分子为材料学领域解决了一个重要的研究课题。碳纳米材料中纳米碳纤维、纳米碳管等新型碳材料具有许多优异的物理和化学特性，被广泛地应用于诸多领域。 分类 (1)碳纳米管碳纳米管是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无缝、中空的管体，一般可分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管和双壁碳纳米管。 (2)碳纤维分为丙烯腈碳纤维和沥青碳纤维两种。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。美国伊利诺伊大学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。 (3)碳球根据尺寸大小将碳球分为：(1)富勒烯族系Cn和洋葱碳(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。 碳纳米材料的性质及相关应用 1.力学 (1)超强纤维碳纳米管具有弹性高、密度低、绝热性好、强度高、隐身性优越、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。 (2)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。

几种碳纳米材料的制备及其应用研究

几种碳纳米材料的制备及其应用研究 碳基纳米材料是指分散相至少有一维小于100 nm的碳材料。分散相可以由碳原子组成,也可以由其它原子(非碳原子)组成。 到目前为止,发现的碳基纳米材料有富勒烯、碳纳米管、石墨烯、荧光碳点及其复合材料。碳基纳米材料在硬度、耐热性、光学特性、耐辐射特性、电绝缘性、导电性、耐化学药品特性、表面与界面特性等方面都比其它材料优异,可以说碳基纳米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,全吸光—全透光,绝缘体—半导体—良导体,绝热—良导热等,因此具有广泛的用途。 发展制备这些材料的新方法、新技术,研究这些材料不同的纳米结构对性质的影响,不仅有重要的理论价值,而且对能源和生命分析领域的快速发展也具有重要的实际意义。在本论文工作中,以碳基纳米材料为主体,以微波水热、溶剂热等液相合成策略为手段,从探索纳米材料的结构、表面性质与其性能的关系出发,构建功能化碳基纳米材料,以满足在能源和生命分析应用中的要求。 本论文研究工作主要包括以下几方面的内容:1.微波辅助原位合成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩复合物及其在超级电容器中的应用本工作中我们报道了一个新颖的微波辅助原位合成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩复合物的新方法。首先,石墨烯氧化物(GO)和3,4-乙烯二氧噻吩单体(EDOT)通过两者间的吸附作用形成GO/EDOT复合物。 然后,在微波加热条件下,GO表面吸附的EDOT单体被GO氧化聚合为聚3,4-乙烯二氧噻吩,同时GO转化为石墨烯,进而形成石墨烯/聚3,4-乙烯二氧噻吩(G/PEDOT)复合物。产物中不含过量的EDOT或GO,从而保证了复合物的纯度。 本研究还对该复合物的结构进行了表征,利用循环伏安和恒电流充放电技术

纳米碳纤维及石墨碳纤维

纳米碳纤维及石墨碳纤维 是直径为50～200nm，长径比为100～500的新型碳材料。它填补了常规碳纤维（直径为7～10μm）和单壁碳纳米管（SWNTs）（直径约为1nm）及多壁碳纳米管（MWNTs）（直径为1～50nm）尺寸上的缺口，具有较高的强度、模量、长径比、热稳定性、化学活性、导电性等特点；另外，纳米碳纤维在成本和产量上与碳纳米管相比都有绝对的优势。所以在复合材料（包括增强、导电及电磁屏蔽添加剂等）、门控场发射器件、电化学探针、超电容、催化剂载体、过滤材料等领域都有潜在的应用前景。如：少量加入纳米碳纤维可使芯片的电阻率降到1010Ω·cm，解决静电消散问题；加入少于3%的纳米碳纤维，电阻率可降到104～106Ω·cm，可以解决面板类电子器件的静电喷漆问题，而加入一般碳纤维往往不能满足该要求，因为一般碳纤维直径太大，使静电喷漆表面太粗糙，纳米碳纤维直径很细，静电喷漆表面可以达到A级光洁度；作为力学性能的增强剂时，纳米碳纤维可以达到连续碳纤维一样的增强效果，而价格则相当于采用玻璃纤维作增强剂，应用在聚合物基复合材料领域可以提高基体的拉伸、冲击强度和模量，并且导电导热性都有大幅度的提高，是电子、汽车、航天航空等领域的理想的增强材料，如：在ABS基体中加入5%（质量分数）的纳米碳纤维PyrografIII时，纳米碳纤维可在基体中得到很好的分散并发生取向，使基体的拉伸模量提高44%。所以近年来对纳米碳纤维的理论和应用研究越来越受到广大研究者们的关注。 石墨碳纤维： 通常把2000～3000℃的热处理过程称为石墨化。炭纤维在此温度下处理所得的纤维称为石墨纤维。 一般炭纤维的炭化温度在1000～1500℃。热处理到1000℃时其碳含量已达90%～92%，到1200～1500℃时碳含量可达95%左右。继续升温时，炭纤维中残留的氮、氢等非碳原子进一步被脱除，非芳构化碳减少，六角碳网平面的环数增加，转化为类似石墨层面的组织。随着温度的不断上升，这些分布紊乱的石墨层面进一步靠拢(d002减小)，转化为类似石墨的微晶状态，微晶增大(La，Lc增大)，结晶态碳的比例增加，石墨层面沿纤维轴的取向度也增加。 石墨单晶的拉伸弹性模量高达1051GPa，炭纤维的拉伸弹性模量也随着最高热处理温度和石墨化程度的升高而升高。但是其拉伸强度也将下降，这是因为在多晶材料中，晶界强度往往比晶粒内部强度小，所以初始裂纹大多存在于晶界处，且其在外力作用下扩展时，多沿

碳纳米复合材料

碳纳米管及其复合材料 2007-4-3 14:18:08 【文章字体：大中小］打印收藏关闭 纳米技术是21世纪的前沿科学技术，碳纳米管技术则是该领域中一个强有力的生长点。碳纳米管问世十三年来，日益引起了人们极大的兴趣，其独特的性能正在被认识并加以利用，如何降低成本，大量生产有特定结构的碳纳米管依然是人们的努力方向，含碳纳米管的聚合物复合材料蕴含着巨大的发展潜力。 高聚物/碳纳米管复合材料 碳纳米管于1991年由s.iijima 发现，其直径比碳纤维小数千倍，其性能远优于现今普遍使用的玻璃纤维。其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。 碳纳米管基本上可分为单壁型和多壁型两类。虽然他们乍看起来非常相似，但其制作方法和性能不尽相同。纳米管的结构决定它们是具有金属性还是具有半导体性质。大约三分之二的单壁纳米管属于半导体型，三分之一属金属型。至于多壁纳米管，由于各层壳的性能的叠加，难以做出明显区别，但大体上是金属型。单壁型碳纳米管外径一般为1到2nm多壁型纳米管直 径则在8到12nm之间，它的典型长度一般为10微米，最长可达100微米, 长径比至少可达1000: 1。 美国国内纳米管的生产商有Hyperion Catalysis （产品是多壁纤维纳米管）和新登陆的Zyvex Corp （产品有单壁和多壁纳米管）。这两家厂商提供的母料中都含有15%到20%的纳米管。 碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出多壁纳米管的平均弹性模量为 1.8TPa。碳纳米管的拉伸强度实验值约为200GPa是钢的100倍，碳纤维的20倍。碳纳米管弯曲强度为14.2GPa,尽管碳纳米管的拉伸强度如此之高，但它们的脆性不象碳纤维那样高。碳纤维在约1^变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才会断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa比传 统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。 在电性能方面，碳纳米管用作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加 入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此，其体积含量可比球状碳黑减少很多。多壁碳纳米管的平均长径比约为1000；同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，它们填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。爱尔兰都柏林trinity 学院进行的研究表明，在塑料中含2%-3%勺多壁碳纳米管使电导率提高了14个数量级，从10-12s/m提高到了102s/m。

纳米碳纤维在化学电源中的应用(1)

综述 ２０１１．８Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．８ 收稿日期：２０１１－０３－１２ 基金项目：国家自然科学基金（２１００６０７３）；上海青年科技启明星计划（１１ＱＡ１４０７２００）；化学工程联合国家重点实验室开放基金（ＳＫＬ－ＣｈＥ－０８Ｃ０７）资助 作者简介：郑俊生（１９７９—），男，浙江省人，讲师，博士，主要研究方向为新型碳材料、氢能与燃料电池技术。 １０２８ 纳米碳纤维在化学电源中的应用 郑俊生1,2，张新胜2，李 平2，袁渭康2 （1.同济大学新能源汽车工程中心，上海201804；2.华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海200439）摘要：作为一种新型碳基纳米材料，纳米碳纤维由于具有优异物理化学性能和可控微结构受到越来越多研究者的重视。对纳米碳纤维发现、纳米碳纤维制备和结构性能进行了论述，重点对纳米碳纤维在化学电源领域，包括在锂离子电池、燃料电池和超级电容器上的应用进行了分析和综述。关键词：纳米碳纤维；电化学；应用中图分类号：ＴＭ９１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－０８７Ｘ（２０１１）０８－１０２８－０３ Application of carbon nanofibers in chemical power source ZHENG Jun-sheng 1,2,ZHANG Xin-sheng 2,LI Ping 2,YUAN Wei-kang 2 (1.Clean Energy Automotive Engineering Center,Tongji University,Shanghai 201804,China; 2.State Key Laboratory of Chemical Engineering,East China University of Science and Technology,Shanghai 200237,China) Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓａｎｏｖｅｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏ－ｍａｔｅｒｉａｌ，ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ（ＣＮＦｓ）ａｔｔｒａｃｔａｌｏｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ＇ａｔｔｅｎｔｉｏｎｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｉｎｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅ，ｔｈｅｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆＣＮＦ，ｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＣＮＦｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＮＦｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｌｅｃｔｒｏ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｗａｓｆｏｃｕｓｅｄ，ｓｕｃｈａｓｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ，ｆｕｅｌｃｅｌｌａｎｄｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓ；ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ20世纪80年代中期以来，具有优异物理化学性能和可控微结构的纳米碳纤维(Carbon Nanofibers,CNFs)受到研究者极大重视[1]。特别是与之具有类似物理化学性质的纳米碳管(Carbon Nanotubes,CNTs)发现[2]及潜在应用研究获得了令人鼓舞的成果，更激发了对CNFs 的研究[3]。目前，越来越多研究 者通过各种方法制备高质量、低成本的CNFs ，探索作为聚合物结构增强添加剂、场致发射器件、催化剂载体、高效储氢材料、电池和电极材料等方面的应用潜力[1,3]。本文简要论述了CNFs 发现和制备，重点对在化学电源的应用进行了论述。 １纳米碳纤维的发现 自富勒烯和CNTs 发现以来，涌现了碳基纳米材料的研究热潮。CNFs 发现可以追溯自1889年， Hughes 和Chambers 首先在观察含碳气体和高温金属作用时碳纤维的存在[1]。许多重要的化学反应过程如Fisher-Tropsch 合成和水蒸气转化中都可以发现CNFs 的生长[2]。 CNFs 具有很高的机械强度，会导致催化剂破裂和失活甚至出现反应器龟裂，因此在较长时间内，对CNFs 的研究主要是为了抑制其生长。上世纪80年代以来，研究者逐渐发现CNFs 优异的物理化学性质，并将其作为一种新型的碳基纳米材料进行研究开发，在催化和材料等领域都获得了具有理论意义和实际价值的成果[4-5]。 当前，越来越多的研究者对CNFs 微结构控制，微结构调变及相关的应用等方面都在进行深入研究 [6-7] 。 ２纳米碳纤维的制备和结构 CNFs 制备方法主要有电弧法、激光溅射法和含碳气体在过渡金属催化剂表面催化气相沉积法等。化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)具有得到纯度高、微结构可控和工艺可实现大规模生产等优点而备受重视。按照生长过程中催化剂运动方式的差别，主要可分为固定床法和流化床法[8]两种形式。 目前研究者广泛采用固定床反应器。固定床制备反应温度低，而且范围较宽(一般在400～900℃)，使用催化剂一般为负载型金属催化剂或者金属粉末催化剂。 近年来，为了尽可能降低制备成本，很多研究者使用工艺较为复杂的流化床反应器。De Jong 和Geus [1]认为要使CNFs 得到广泛应用，必需降低生产成本，因此流化床被认为是连续生产最理想的反应器。俄罗斯Boreskov 催化研究所[9]应用流化床技术，对连续化生产进行了尝试。国内清华大学采用流化床技术， 实现了CNTs 的工业化生产[10]；成都有机所于作龙也利用流化床技术实现了CNTs 的制备[11]。但是流化床的操作比固定床复杂，催化剂量和气体耗量都较大，因而流化床适合工业化制备而固定床适合于实验室研究。 从微结构来讲，CNFs 是一种介于石墨和C 60之间材料，可看成是具有纳米尺寸的石墨层在空间按不同的方式堆积而成。按照不同尺度标准，CNFs 的结构可分为两个层次：一是微结构即石墨层形貌及堆积方式；二是个体及其集聚体结构。CVD 合成的CNFs 通常直径在几十至200nm 之间，长度可达几个微米。这些纤维互相缠绕形成较大颗粒。微结构与其生长条件如催化剂活性组成与制备方法、含碳气体种类和温度等众多因素密切相关。对CNFs 微结构而言，主要包括石墨层空

碳纳米管纳米材料的应用要点

碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导

碳纳米材料在生物医学领域的应用

碳纳米材料在生物医学领域的应用 作者：管理员来源：本站浏览数：94 发布时间：2014-9-4 8:29:34 随着纳米技术的飞速发展，纳米材料已成为一种新型材料。纳米材料具有独特的物理化学性质，如小尺寸效应、巨大比表面积、极高的反应活性、量子效应等，这些特性使纳米科学成为当今世界三大支柱科学之一。碳纳米材料是纳米材料领域重要的组成部分，主要包括碳纳米管、富勒烯、石墨烯、纳米钻石及其衍生物等。由于其独特的理化特性，它们在生物医学领域具有广泛的应用前景。另外，随着碳纳米材料的产业化，各种形式的碳纳米材料将以不同途径进入人们的生活，纳米材料的生物安全性问题正受到世界各国科学家的广泛关注。 组织工程 1.骨组织工程 碳纳米管是Lijima于1991年发现的一种新型纳米材料，是一种由碳原子sp2杂化 形成的石墨烯片层卷成的无缝中空的管体，根据管壁层数的差别，一般可以分为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。研究表明，碳纳米管不仅具有相当高的强度和韧性，还具有优异的电学、磁学以及吸收等性能，是一种公认的超强一维增强材料，可以很好地解决组织修复领域中存在的一些问题。 众所周知，羟基磷灰石是骨骼的天然组分之一，在生理环境下性能稳定，纳米级材料为骨细胞的黏附、生长提供了良好的支撑，使骨细胞易于贴附，分泌多种成骨分化因子，并且在骨细胞钙化过程中，纳米羟基磷灰石还为骨细胞钙化成骨提供晶核，发挥骨传导作用。因此，纳米羟基磷灰石是骨修复领域中研究最为广泛的材料。但是，现有的研究结果表明，纯的羟基磷灰石的力学性能较差，不能用作承重植入材料。研究证实，将碳纳米管和羟基磷灰石制成复合材料，有望在保持其生物相容性的同时大大提高其力学性能。研究表明，多壁碳纳米管负载骨水泥之后，能够显著提高骨水泥的力学性能。 2.神经组织工程 碳纳米管独特的性质也引起了人们对其在神经组织学领域的研究兴趣，碳纳米管增强型复合材料能够有效地重建神经缺损的大鼠斜方肌的运动机能，术后再生神经电生理与组织学指标检测结果与自体神经移植材料相当，部分指标结果甚至超过自体神经移植。这些研究表明，碳纳米管增强型复合材料是桥接修复周围神经的理想材料。据报道，富勒烯具有良好的清除自由基的能力，许多神经退行性病变，如阿尔兹海默症 帕金森症，都是由于谷氨酸受体过度激活，产生过量的活性氧自由基和NO自由 基造成的，实验证明富勒烯可以有效减少神经元的死亡。