碳纳米管合成方法

化工信息学论文

题目：碳纳米管材料的合成方法研究

学院（系）：环境与化学工程学院

专业：化工精细

学生姓名：XXX

学号：XXXXXXXX

碳纳米管材料的合成

摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。

关键字：碳纳米管合成Carbon Nanotubes Synthesis Application

碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。

碳纳米管自1 991年发现以来，就因其独特的结构和异乎寻常的性能令世人瞩目。超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能Ⅲ、潜在的化学性能等使该材料成为纳米材料和技术领域的研究热点。所以，研究其经济，简单的合成方法尤为重要。

碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法和新型合成方法等。

电弧是指上是一种气体放电现象，它是在在一定条件下，两电极间的气体空间导电，将电能转化成光能和热能的过程。电弧法通常是在惰性气体保护下，相距几毫米的石墨在强电流的作用下产生电弧放电，阳极被消耗，同时在阴极表明形成沉积物。沉积物中常伴有碳粒子、石墨碎片、无定形碳以及各种富勒烯等杂志。通过改变实验参数、改进实验装置，可以提高碳纳米管的产率级管壁结构等。如1999年，M．Ishigami等每石墨阳极插入含有液氮的反应室内，与作为阴极的短铜棒产生电弧放电，生成的碳纳米管沉积在桶的底部，改系统能够成功实验连续制备多壁碳纳米管。Zha0等通过改变阳极、惰性气体气氛(He／CH4)等实验参数，值得了大量细而长的纳米碳管。电弧法的缺点是在制备过程中副产物较多，难以实现工业化连续生产，且生产成本较高。

2、激光烧蚀(蒸发)法

激光蒸发法是将一根金属催化剂／石墨混合的石墨靶放在一根石英管的中间位置，该石英管平放在加热炉内。当炉温升至1473K时，马上通入惰性气体，同时将一束激光聚焦于石墨靶上面，将石墨靶中的石墨变成气态碳，随着气流这些气态碳和催化剂粒子进入低温区，在催化剂作用下生成碳纳米管。1996年，A．Thess[22]改变实验条件，在1473K下，采用50ns的双脉冲激光照射含有Ni／Co作为催化剂的石墨靶，获得了高质量的单壁碳纳米管。T．Guo等研究了催化剂的种类与单壁碳纳米管产率的关系，发现使用不同的催化剂，纳米碳管的产率会发生很大变化。相对于电弧法，激光蒸发法具有能够规模生产，产率较高等优点，但同时，因为需要价格昂贵的激光器材，所以成本很高，限制了其规模生产。

3、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)

化学气相沉积法(CVD)通过采用过渡金属(Fe、Co、Ni等)作为催化剂，在700．1200。C的条件下，使碳源气体离解成的自由碳原子沉积在催化剂上形成碳纳米管的过程。碳纳米管的生长受碳源、催化剂成分、生长温度等的影响。1993年，Yacaman等首次报道了用Fe作为催化剂，乙炔作为碳还原，用化学气相沉积法成功合成出多壁碳纳米管。199年．E．Smalley 等以CO做为碳源二茂铁作为催化剂，在800．1200℃和0．1.1MPa的反应条件下，成功合成出直径在O．7nm的高纯单壁碳纳米管。李峰等以噻吩作为生长促进剂，二茂铁作为催化剂前躯体，以苯作为碳源，在温度为1100．1200。C下成功合成出直径为1-3rim的单壁碳纳米管。CVD法具有实验条件易于控制，产率高，成本低等优点，是最有希望能够大量合成纳米碳管的方法，而且通过控制催化剂的模式，可以得到定向阵列的纳米碳管。

溶剂热合成技术是最近发展起来的中低温液相制备纳米材料的新技术，在科学界引起了广泛的关注。我国中科院院士钱逸泰所领导的小组在溶剂热合成碳纳米管方面取得了卓越的成绩。比如蒋阳等以Ni／Co作为催化剂，金属钾作为还原剂，六氯代苯作为碳源，在350℃制得了碳纳米管。刘建伟等采用金属镁作为还原剂，乙醇最为碳源，在600℃制备出纳米碳管，产率高达80％。王新军以金属钠作为还原剂，以四氯乙烯作为碳源，在Fe／Au的催化下低温200℃制备出碳纳米管，同时也提出了纳米碳管生长的螺旋卷曲机理。邵名望等人用Fe2(C0)9作为催化剂前躯体，以丙二酸和五氧化二磷在180。C下反应生成的碳氧化合物作为碳源，成功的制备出了多壁碳纳米管。娄正松等[用碱金属和硼氢化钠作为还原剂，以C02和MgC03作为碳源，成功合成出不同形貌的碳纳米管。溶剂热法是环境友好的纳米碳管的制备方法，成本低，效率高，不需要苛刻的反应条件，随着研究的深入，相信溶剂热法在合成碳纳米管领域以至于整个纳米领域发挥着越来越重要的作用。

近年来，碳纳米管的合成出现的新技术包括：

1、电化学法

电化学法制备碳纳米粒子，一般用导电的碳素材料作为工作电极，在～定的电流或电压下，通过电解液使阳极发生氧化，并且从工作电极上剥落下细小的碳纳米颗粒。

2007年，Zhou等首次提出了用电化学氧化多壁碳纳米管的方法合成碳纳米粒子，该法以四丁铵高氯酸盐(TBAP)的乙腈溶液为支持电解质，多壁碳纳米管(借助化学气相沉积法生长在碳膜上)为工作电极，铂丝为对电极，Ag／AgCl04为参比电极，通过三电极体系循环伏安法处理工作电极，从多壁碳纳米管上剥落下来能够发射蓝色荧光的碳纳米粒子。陔方法的缺点是整个制备过程是在有机溶剂中进行的，并且相对复杂，不适合大规模制备碳纳米粒子。

为建立在水溶液中制备碳纳米粒子的方法，Zhao等提出以NaH2P04溶液为支持电解质，石墨棒为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，通过电化学法氧化水溶液中的石墨，得到了两种分别以发射蓝色和黄色荧光的碳纳米粒子，它们的发射波长不随着激发波长的改变而发生变化，即激发和发射波长不可调控。该方法是在水溶液中合成的，所以相对绿色坏保。不仅如此，陔法得到的碳纳米粒子还有荧光半峰宽较窄的优点。但是该法所合成的碳纳米粒子的荧光量子产率仪为1，2％，并且其荧光发射波长可调控，这也是实验的不足之处。接着，2009年，Zheng等进一步发展了这一方法，通过电化学氧化石墨棒电极的方法同样获得了蓝色荧光碳纳米粒子。Bao等1241以四T铵高氯酸盐(TBAP)作为支持电解质，

碳纤维作为碳源，用电化学刻蚀的方法制备出了荧光碳纳米粒子。研究结果表明，碳纳米粒子的粒径随着反应电势的增加而逐渐减小，荧光性能与其表面的氧化程度有关，并且随着表面的氧化程度增加，碳纳米粒子的荧光发射峰位逐渐发生红移。

电化学法操作简单、可重复性强，但需要注意的是电解液的选择比较重要，不足之处是长时间放置后容易发生团聚，进而使荧光强度降低。碳纳米粒子的制备可以通过改变电解液和电极间的电势差来调控，电化学发光测试则进一步说明表面态的存在。2、模板法

有机物在高温处理过程中，形成的碳纳米颗粒易发生团聚，引入模板可以有效阻止团聚从而控制碳纳米粒子的粒径。

多孔性的模板可以用来制备碳纳米粒子。Bourlinos等用NaY沸石作为模板，通过离子交换，2,4．二氨基苯酚二盐酸盐与沸石表面结合，经热解反应后在形成碳纳米粒子(因交换的阳离子很大无法进入沸石内部)，沸石的结构和交换性质不变。然后使用大量氢氟酸蚀刻沸石，即可得到粒径大小为4．6 ilm的荧光碳纳米粒子。

通过不同的途径，Liu等以可溶性酚醛树脂为碳源，两性三嵌段共聚物F127功能化的二硅微球为载体，二者发生聚合，产物经热解反应后，用氢氧化钠除去载体，将碳纳米颗粒释放出来，再经酸处理和表面钝化便得到水溶性的多色碳纳米粒子。该方法的关键是引入聚合物修饰的二氧化硅微球作为模板，它的优势是可以作为碳源在溶液中聚合的核，使碳源在其表面发生聚合，不仅如此，它还可以避免碳纳米颗粒在高温裂解过程中发生团聚。虽然这种合成方法可以在水溶液中进行，设备简单，得到的碳纳米。

粒子的荧光量子产率较高(14．7％)，粒径分布均匀、水溶性好，但缺点是该方法操作步骤比较复杂繁琐。

Zong等提出了利用微反应器中的限域反应原理来制备碳纳米粒子的方法。以介孔氧化硅球(MS)为模板，柠檬酸为碳源，将MS浸泡在柠檬酸溶液后，煅烧得到的CDs／MS复合物经氢氧化钠蚀刻除去模板后，碳纳米粒子释放出来。该种方法的优势是无需进一步的修饰即可得到具有良好单分散性、光学稳定性和荧光性能的粒径为1．5．2．5nln的碳纳米粒子，且荧光量子产率高达23％，并且表现出极好的光上转换性能。

模板法可以阻止碳纳米粒子在高温处理过程中发生团聚，从而可以控制合成碳纳米粒子的粒径大小。同时在各种模板上合成碳纳米粒子可以起到固定产物的作用，但是通常在使用强酸或强碱去除模板的过程中会影响碳纳米粒子的粒径和荧光性能，因此有待改进。

3、高温热解／煅烧有机物法

高温热解／煅烧有机物法主要以低熔点的有机物，以及天然气、蜡烛等燃烧后得到的大粒径碳颗粒作为碳源，利用有机物在高温下热解碳化形成碳纳米粒子。所合成的碳纳米粒子荧光量子产率较为理想，而且合成原料丰富、成本低，制备过程简便。缺点就是制备出的碳纳米粒子多为油溶性，粒径分布不均匀，且表面特殊的功能基团也相对较少，这就限制了碳纳米粒子在生物成像和生化分析检测等方面的应用。

2008年，Bourlinos等首次发现热解低熔点的柠檬酸铵盐可以得到荧光碳纳米粒子。其中柠檬酸盐为碳源，有机铵：。tznb(十八胶或二甘醇胺)为共价表面修饰剂。在整个热解过程中，柠檬酸热解为碳核部分，羧酸铵则热解生成酰胺键，使修饰剂能够连接到碳纳米粒子表面。碳纳米粒子的溶解性随着表面修饰基团的改变而改变。研究发现，该法合成的碳纳米粒子既能溶于水又能溶于有机溶剂，并且在400～500 nm范围内，其荧光发射不受激发波长影响。这种方法表明可以通过设计碳纳米粒子表面钝化基团，更好地控制碳纳米粒子的几何形状和物理性质，这为碳纳米粒子的进一步应用打下了孥实的基础，因而具有很大的发展潜力。

Pan等首次用含多个羧基的乙二胺四乙酸二钠：mtzb作为碳源，在管式炉中氮气保护的气氛下300℃煅烧2 h，得到的碳纳米粒子具有高达40．6％的荧光量子产率。

4、超声法

Li等首次用超声法合成出了荧光碳纳米粒子。他们将活性炭作为碳源，通过对活性炭的双氧水悬浊液直接超声处理，即可得到发蓝绿色荧光的碳纳米粒子。

2012年Kang等通过对单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨以及硫酸和硝酸的混合液，进行超声处理、回流酸煮，同样获得荧光碳纳米粒子。

超声法具有操作简单、设备要求低、成本低、产率高等优点。

5、微波消解法

Zhu等用微波方法创建了一种很简便的碳纳米粒子合成新方法。将糖类(葡萄糖和果糖等，作为碳源)和聚乙二醇(PEG 200，既做溶剂又做包被剂)在微波条件下加热，即可快速合成出荧光碳纳米粒子。该方法一步就可以完成荧光碳纳米粒子的合成与表面钝化，不需要进一步的修饰处理。通过改变加热的时间，即可得到不同粒径和不同光学性质的碳纳米粒子。研究发现随着加热时问的延长会导致碳纳米粒子粒径微弱的交大，相应的发射波长发生红移。

Wei等微波炉加热葡萄糖和谷氨酸盐的混合液，通过调节不同的加热时间，可以得到荧

光碳纳米粒子，其发光范围在可见光到近红外光谱之间。Chandra等用微波加热蔗糖和磷酸

的混合液，冷却至室温后加水稀释即可得到绿色的碳纳米粒子，并用于生物成像。

Liu等也利用微波辅助加热的方式，选择丙三醇作为碳源，以4，7，10．三氧．1，13．十三烷二胺(TTDDA)作为钝化剂，通过不同的加热时问制各出荧光性能更好的碳纳米粒子。此外，Jaiswal等在微波消解聚乙二醇得到了荧光碳纳米粒子。这是首次将PEG作为碳源和表面修饰剂。

参考文献：

1、郑贤东碳纳米材料的合成及其性能研究[学位论文] 中国科学技术大学2011，5，6

2、朱永春钱逸泰溶剂热法合成碳纳米材料无机化学学报2008，24（4）

3、弓巧娟李贺军李克智碳纳米管合成进展材料导报2004 ，9 43-46

4、陈艳丽，碳材料的绿色合成与应用[学位论文] 河南师范大学，2013

5、易家康碳纳米管合成问答[期刊论文] 世界科学-2007，12

6、KouichiAkahane , NaokatsuYamamomto , MakotoMaeda , HiroshiTakai , Shin-ichi Nakamura ,

HiroshiYamaguchi , HideyukiSotobayashi;Synthesis of carbon nanotubes by laser-assisted alcohol chemical vapor deposition; PhysicaE 56(2014)452–455

7、S. Noor Mohammad ；Some possible rules governing the syntheses and characteristics of nanotubes, particularly carbon nanotubes ；Carbon ；7 ，2014

8、TirandaiHemraj-Benny , JulieA.Pigza , SusanBudhoo , LorenCondon, Sean W.Depner, RobertV.Dennis, SarbajitBanerjee ；Synthesis and characterization of Y-shaped carbon nanotubes using Fe/AlPO4 catalyst by CVD；Materials Letters ；117(2014)305–308

9、Kai Xu , Yongfeng Li , Chunming Xu, Jinsen Gao, Hongwen Liu, Haitao Yang, Pierre Richard；Controllable synthesis of single-, double- and triple-walled carbon

nanotubes from asphalt；Chemical Engineering Journal 225 (2013) 210–215

10、Zhang X B,Sun D Z, Yin W Y, etal. Effect of Mn content on the structure and electrochemical characteristics of La0.7Mg0.3Ni2.975-xCo0.525Mnx (x=0~0.4) hydrogen storage alloys [J]. Electrochim. Acta, 2005, 50: 2911

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

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碳纳米管纳米材料的应用要点

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碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展

Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2017, 5(3), 70-79 Published Online July 2017 in Hans. https://www.docsj.com/doc/8810684417.html,/journal/amc https://https://www.docsj.com/doc/8810684417.html,/10.12677/amc.2017.53009 The Research Advances on Carbon Nanotubes/Polymer Nanocomposites Nannan Chao, Rao Fu, Changmei Sun*, Rongjun Qu*, Ying Zhang School of chemistry material science, Ludong University, Yantai Shandong Received: May 13th, 2017; accepted: May 30th, 2017; published: Jun. 2nd, 2017 Abstract Carbon nanotubes are ideal reinforcing materials due to their large aspect ratio and specific sur-face area. The research advances on carbon nanotubes/polymer nanocomposites in recent years have been reviewed in this paper. The reinforced polymers mainly included polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polysulfone and polymethyl methacrylate. The preparation methods, applica-tions and mechanical properties, thermal stability and electrical conductivity of the composites were summarized. Keywords Carbon Nanotubes, Polymer, Nanocomposites, Mechanical Property 碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展 晁楠楠，付饶，孙昌梅*，曲荣君*，张盈 鲁东大学化学与材料科学学院，山东烟台 收稿日期：2017年5月13日；录用日期：2017年5月30日；发布日期：2017年6月2日 摘要 碳纳米管由于具有很大的长径比和比表面积，是理想的增强材料。本文主要综述了近年来碳纳米管增强聚合物复合材料的研究进展，所增强的聚合物主要包括聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚砜和聚甲基丙烯酸甲酯。 *通讯作者。 文章引用: 晁楠楠, 付饶, 孙昌梅, 曲荣君, 张盈. 碳纳米管增强聚合物复合材料的合成及应用进展[J]. 材料化学前

碳纳米管性质及应用

碳纳米管性质及应用 摘要:碳纳米管的发现是现代科学界的重大发现之一。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。本文简单综述碳纳米管的基本性质及应用。 关键词：碳纳米管；结构；制备；性质；应用 1 碳纳米管的发现 1991年，日本NEC科学家Lijima在制取C60的阴极结疤中首次采用高分辨隧道电子显微镜(HRTEM)发现一种外径为515nm、内径213nm、仅由两层同轴类石墨圆柱面叠合而成的碳结构。进一步的分析表明，这种管完全由碳原子构成，并看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管。相邻管子之间的距离约为0.34nm，与石墨中碳原子层与层之间的距离0.335nm相近，所以这种结构一般被称为碳纳米管，这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体，是碳团簇领域的又一重大科研成果[1]。 2 碳纳米管的结构 碳纳米管（CNT）又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。根据形成条件的不同，碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米管(SWNTs) 两种形式。MWNTs一般由几层到几十层石墨片同轴卷绕构成，层间间距为0.34nm左右，其典型的直径和长度分别为 2-30nm0.1-50μm.SWNTs由单层石墨片同轴卷绕构成，其侧面由碳原子六边形排列组成，两端由碳原子的五边形封顶。管径一般从10-20nm，长度一般可达数十微米，甚至长达20cm[2]。 3碳纳米管的制备 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。 3.1电弧法利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作.T. W. Ebbeseo在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备

碳纳米管的制备

常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 电弧放电法 碳纳米管制备 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电 法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在 这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳 米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难 得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。 发展出了化学气相沉积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态 烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得 的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。这种方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的碳纳米管的结构，已经取得了一定进展。 激光烧蚀法 激光烧蚀法的具体过程是：在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶，该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时，将惰性气体冲入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时，在催化剂的作用下生长成CNTs。 固相热解法

碳纳米管的制备方法

碳纳米管的制备方法 摘要：本文简单介绍了碳纳米管的结构性能，主要介绍碳纳米管的制备方 法， 包括石墨电弧法、催化裂解法，激光蒸发法等方法,也对各种制备方法的优缺 点进行 了阐述。 关键词：碳纳米管制备方法 Preparation of carbon nanotubes Abstract： The structure and performance of carbon nanotubes are briefly introduced, and some synthesis methods, including graphite arc discharge method, catalytic cracking method, laser evaporation method and so on, are reviewed. And the advantages and disadvantages of various preparation methods are also described. Key words：carbon nanotubes methods of preparation 纳米材料被誉为是21世纪最重要材料，是构成未来智能社会的四大支柱之一 ,而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管是碳 的一种同素异形体，它包涵了大多数物质的性质，甚至是两种相对立的性质，如从高 硬度到高韧性，从全吸光到全透光、从绝热到良导热、绝缘体/半导体/高导体和高临界温度的超导体等。正是由于碳纳米材料具有这些奇异的特性，被发现的短短十几年

来，已经广泛影响了物理、化学、材料等众多科学领域并显示出巨大的潜在应用前景。 碳纳米管又名巴基管，即管状的纳米级石墨晶体。它具有典型的层状中空结构， 构成碳纳米管的层片之间存在一定夹角，管身是准圆筒结构，并且大多数由五边形截 面组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构。是一种具有特殊结构（径向 尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米两级，管子两端基本上都封口）的一维纳米材料。 碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTS)和单壁碳纳米管（SWNTS）两种形式。单层碳纳米管结构模型如图1所示。理想的多层碳纳米管可看成多个直径不等的单层管同轴套构而成，层数可以从二层到几十层，层与层之间保持固定距离约为0.34nm，直径一般为2~20nm.但实际制备的碳纳米管并不完全是直的或直径均匀的，而是局部 1 区域出现凸凹弯曲现象，有时会出现各种形状如L、T、Y形管等。研究认为所有这 些形状的出现是由于碳六边形网络中引入五边形和七边形缺陷所致。五边形的引入引 起正弯曲，七边形的引入引起负弯曲。

碳纳米管制备及其应用

碳纳米管的制备及其应用进展 10710030133 周健波 摘要：本文通过对新型化工材料碳纳米管的结构以及制备方法的介绍，并说明了制备纳米管方法有石墨电弧法、激光蒸发法、催化热解法等技术。同时也叙述了碳纳米管在力学性能、光学性能、电磁学性能等性能的研究及其应用。 关键词：碳纳米管制备结构石墨电弧法应用 1.引言 1991年日本科学家IIJI MA发现了碳纳米管（Carbon nanotube , CNT）, 开辟了碳科学发展的新空间. 碳纳米管具有机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,以及特殊的机械、物理、化学性能,在工程材料、催化、吸附分离、储能器件电极材料等诸多领域得到了广泛应用。 2.碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主, 与相邻的3个碳原子相连,形成六角形网格结构,但此六角形网格结构会产生一定的弯曲, 可形成一定的sp3杂化键。 单壁碳纳米管( SW CNT )的直径在零点几纳米到几纳米之间,长度可达几十微米;多壁碳纳米管(MW CNT)的直径在几纳米到几十纳米之间长度可达几毫米,层与层之间保持固定的间距,与石墨的层间距相当,约为0 . 134 nm。碳纳米管同一层的碳管内原子间有很强的键合力和极高的同轴向性,可看作是轴向具有周期性的一维晶体，其晶体结构为密排六方, 被认为是理想的一维材料。 碳纳米管可看成是由石墨片层绕中心轴卷曲而成, 卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺旋角.当螺旋角为零时, 碳纳米管中的网格不产生螺旋而不具有手性, 称之为锯齿型碳纳米管或扶手型碳纳米管;当碳纳米管中的网格产生螺旋现象而具有手性时,称为螺旋型碳纳米管。随着直径与螺旋角的不同, 碳纳米管可表现出金属性或半导体性。 3.碳纳米管的制备方法 3.1石墨电弧法

碳纳米管复合吸波材料研究进展

碳纳米管复合吸波材料研究进展 电磁波吸收材料在国防民生等领域有重要的应用，早期的吸波材料主要采用的是铁氧体、磁性金属微粉等，这些材料具有高密度，窄吸收频带等缺点，极大地限制了其实际应用。为实现对电磁波“薄轻宽强”的吸收效果，研发新型高效吸波材料意义重大。文章对近年来碳纳米管复合吸波材料的发展状况作了简要的介绍，并对未来碳纳米管基复合吸波材料的发展趋势进行了展望。 标签：电磁波吸收；碳纳米管基；复合材料 Abstract：Electromagnetic wave absorbing materials have important applications in the fields of national defense and people’s livelihood. The early absorbing materials mainly used ferrite，magnetic metal powder and so on. These materials have the shortcomings of high density，narrow absorption frequency band and so on. It greatly limits its practical application. In order to realize the absorbing effect of electromagnetic wave “thin，light，wide and strong”，it is of great significance to develop a new type of high efficient absorbing material. In this paper，the development of carbon nanotube composite absorbing materials in recent years is briefly introduced，and the development trend of carbon nanotube based composite absorbing materials in the future is prospected. Keywords：electromagnetic wave absorption；carbon nanotube matrix；composite materials 引言 电子信息技术的迅猛发展使电磁环境的改善和兼容问题变得日益重要。吸波材料在电磁环境改善，电磁防护等军事、民生领域的应用价值越来越突出，研发新型高效电磁波吸收材料意义重大。早期，铁氧体，磁性金属微粉等高磁损耗材料是吸波材料的研究热点。但是其具有密度大，吸波频带窄，易被氧化腐蚀等缺点，难以满足现代复杂多样的综合性能要求，因而在实际应用中受到极大限制。 随着技术的不断进步，吸波材料的综合性能也越来越强。具有轻质，耐腐，高强度等优势的碳纳米管及其复合吸波材料吸引了众多研究人员关注。 1 碳纳米管复合吸波材料研究现状 1.1 碳纳米管-聚合物复合材料 碳纳米管具有极大的长径比和小尺寸效应，其电损耗性能尤为突出。在量子限域效应作用下，碳纳米管的电子沿轴向方向移动，赋予碳纳米管金属和半导体的性质，利于电磁波的吸收。将碳纳米管与纳米粒子，高分子聚合物等材料复合可实现各组分的优势互补，更加有效的利用碳纳米管的特性，提高复合材料的吸

有关碳纳米管复合材料的探讨(doc 9页)

有关碳纳米管复合材料的探讨(doc 9页)

有关碳纳米管复合材料的研究 摘要：自从上个世纪末纳米技术的出现，纳米材料的独特性能引起人们的广泛关注。把纳米材料与高分子材料复合，制备高性能和功能化的复合材料成为高分子材料领域的热点之一。作为纳米材料领域之一的碳纳米管（CNTs）具有独特的物理性能，是一种具有纳米直径的管状碳纤维，它具有超强的韧性和强度以及优异的导电性能。通过不同的复合方法可制备出增强、导电和电磁屏蔽的优异性能的材料，具有广泛的应用前景。 本论文通过不同的方法制备了不同高分子基碳纳米管复合材料，研究了CNTs在基体中分散状况和复合材料的力学、热学和导电性能，并探讨了CNTs对复合材料的结构和性能的影响。 关键词：纳米材料碳纳米管复合材料 前言：由于高分子材料来源丰富、制造方便、加工容易、节省能源和投资、效益显著、品种繁多、用途广泛，因而在材料领域占有的比重越来越大。但是随着科学技术的发展以及人们生活水平的提高，对高分子材料不断提出各种各样的新要求，使高分子材料科学的发展呈现出高性能化、功能化、复合化、精细化和智能化的趋势。而纳米技术的出现则为材料科学的发展带来革命性的变化，为高性能、功能化的材料开创了新的领域。因而世界上许多国家把纳米材料的开发放在了特别重要的位置，并形成一股纳米复合材料的热潮[1]。 纳米材料是指平均粒径在纳米级（1-100nm）范围内的固体材料的总称。而作为其中重要的一个部分则是聚合物/无机纳米粒子复合材料，一般是指以有机高分子聚合物为连续相与纳米粒子进行复合而得到的复合材料。这种材料能够充分的结合高分子材料以及纳米粒子所具有的特性，大大的扩展了高分子材料的应用领域，而成为纳米材料里的研究热门。 1、纳米材料的特性 1992年国际纳米材料会议对纳米材料定义如下:一相任一维的尺寸达到 100nm以下的材料为纳米材料[2]。由此可知,纳米材料的几何形状既可以是粒径小于100nm的零维纳米粉末,也可以是径向尺寸小于100nm的一维纳米纤维或二维纳米膜、三维纳米块体等。纳米材料的材质可以是金属或非金属;相结构可以是单相或多相;原子排列可以是晶态或非晶态。当物质进入纳米级后,其在催化、光、电、热力学等方面都出现特异化,这种现象被称为“纳米效应”。具体表现在以下几个方面： （1）表面效应

碳纳米管复合材料的制备_表征和电化学性能

第11卷　第2期2005年5月 电化学 ELECTROCHE M ISTRY V o.l 11　N o .2M ay 2005 文章编号:1006-3471(2005)02-0152-05 收稿日期:2004-11-02,*通讯联系人T el :(86-592)2185905,E -m a il :qfdong @x m u .edu .cn 973项目(2002CB211800),国家自然科学基金(20373058),福建省科技项目(2003H 044)资助 碳纳米管复合材料的制备、表征和电化学性能 董全峰* ,郑明森,黄镇财,金明钢,詹亚丁,林祖赓 (厦门大学化学系,厦大宝龙电池研究所,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门361005) 摘要:　作为锂离子电池负极材料,碳纳米管和金属锡或其氧化物都曾引起过人们浓厚的兴趣,但由于其自 身的缺陷,这些材料均未能得到进一步的发展.本文以不同方法合成了碳纳米管和金属锡或其氧化物的复合材料,对其结构、形貌进行表征,并考察它的电化学性能. 关键词:　碳纳米管; 复合材料;制备;电化学性能中图分类号:　O 646;T M 911 文献标识码:　A 碳纳米管(CNT )是一种新型的碳材料[1,2] .碳纳米管在结构上与其它的碳材料有很大的不同,它不仅具有典型石墨层状结构(管壁),同时又具有无序碳的结构(内外表面的碳层及所附着的无序碳微粒),还具有与MC MB 类似的内腔结构,而且表面及边缘又存在结构缺陷,管与管之间为纳米间隙,管中还存在部分的H 原子掺杂.在制备上,碳纳米管可以通过控制一定的反应条件来调控它的几何结构参数,如管的管壁,外径、内径大小,及管的长度.基于其特殊的结构和高的导电率,吸引了众多研究者开展了大量研究工作,希望它能成为新一代锂离子电池“理想”的负极材料[3,4] . 由于碳纳米管的高比表面及其结构缺陷,锂不仅能嵌入管中的石墨层,还能嵌入它的孔隙及边缘缺陷中,使得它尽管具有高的嵌锂容量,但由于比表面积较大而表现出很大的不可逆容量.又因为在碳纳米管的结构中含有氢原子以及管壁层间和管 腔之内有间隙碳原子的存在[5] ,故其嵌锂容量出现较大的滞后现象.这些都限制了C NT 作为电极活性材料在实际中的应用,所见者只是被用作电极添加剂的报道.本文综合了碳纳米管和锡基材料的优点,规避其本身固有的缺陷,在碳纳米管的表面沉积/包覆锡或氧化锡形成CNT 复合材料,这样不仅可减少碳纳米管的比表面积,同时直接采用金属锡取代锡基氧化物,不存在氧化物的还原过程,从 而大大降低初次充电不可逆容量损失;通过控制反应条件在表面沉积过程中包覆纳米级的锡,使表面沉积/包覆锡的碳纳米管能在保持高容量的同时,也具有良好的循环寿命.此外,还提高了它的体积能量密度. 1　实　验 1.1　碳纳米管的制备 应用Sol -ge l 法制备N i -M g -O 催化剂,方法见文献[6],所用试剂N i (NO 3)2 6H 2O 、M g (NO 3)2 6H 2O 和柠檬酸均为分析纯(上海化学试剂有限公司).将制备好的催化剂称取一定量置于陶瓷舟内,放在反应器的恒温区内,于氢气氛下缓慢升温至700℃,还原一段时间后,降温到600℃稳定10m in ,然后以20m L /m i n 的流量导入C H 4气体,经反应一定时间后自然冷却至室温(冷却过程中继续通气体).用分析纯硝酸(上海化学试剂有限公司,AR 65%)处理反应后的样品,洗涤、烘干后即得到碳纳米管.反应装置是在一个水平放置的管式电炉内放一内径为5c m 的石英管(长140c m ),其恒温区为20c m ,电炉为SK -2-4-12型管式电阻炉(上海实验电炉厂),额定功率4k W ,额定温度1200℃,控温装置为A1-708P A 型程序控温仪(厦门宇光电子技术研究所),流量计为D08-4C /Z M 质量流量控制仪(北京建中机器厂).

碳纳米管合成方法

化工信息学论文 题目：碳纳米管材料的合成方法研究 学院（系）：环境与化学工程学院 专业：化工精细 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXX

碳纳米管材料的合成 摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。 关键字：碳纳米管合成Carbon Nanotubes Synthesis Application 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。 利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。 碳纳米管自1 991年发现以来，就因其独特的结构和异乎寻常的性能令世人瞩目。超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能Ⅲ、潜在的化学性能等使该材料成为纳米材料和技术领域的研究热点。所以，研究其经济，简单的合成方法尤为重要。 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法和新型合成方法等。

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

碳纳米管复合材料的应用

单壁碳纳米管 碳纳米管复合材料的应用 王子川 摘要 本文简述了碳纳米管的特点及在力学、电学以及其他方面作为复合材料的增强材料 的作用。 关键词 碳纳米管 复合材料 增强材料 1. 前言 在1991年日本NEC 公司基础研究实验室的电 子显微镜专家饭岛(Iijima)在高分辨透射电子显微 镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意 外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就 是现在被称作的“Carbonnanotube”，即碳纳米管， 又名巴基管。碳纳米管的结构为空心管状，其长度 为微米级，直径为纳米级。按照石墨烯片的层数分 类可分为单壁碳纳米管（Single-wallednanotubes ， SWNTs ）和多壁碳纳米管（Multi-wallednanotubes ， MWNTs ）。[1] 碳纳米管具有很高的化学稳定性，极低的表面 能以及大的长径比和比表面积，所以碳纳米管在复合材料中与基体相容性很差，且易于团聚。为了使碳纳米管和聚合物或有机溶剂形成良好的界面，使其具有良好的加工性能，人们通常要对碳纳米管进行纯化和表面修饰，以提高其在复合材料中的分散性。 2. 碳纳米管的应用 碳纳米管独特的结构，致使其具有非常独特的性能。碳纳米管的电子结构与其构型直接相关，不同的构型，可以表现出金属性或半导体性，使之成为制造电子器材的极佳材料。由碳纳米管电子器材进一步构成碳纳米管集成电路，必然将使电子学从微电子时代带入纳电子时代；碳纳米管依靠超声波传递热能，速度可达每秒1万米，是目前世界上最好的导热材料，有可能成为今后计算机芯片的导热板；碳纳米管细尖极易发射电子，是制造场发射的极好材料；碳纳米管大的比表面积、内部大的管道空腔结构及多壁碳管之间的层隙使其具有惊人的储氢能力，而高储氢量和化学稳定性使其有望成为氢燃料电池和电动汽车中有效的储氢材料。碳纳米管的特殊性能在电子、化工等领域中得到了应用，同时在复合材料领域中的研究应用也得到了发展。[2] 2.1. 力学性能 碳纳米管由C-C 共价键结合而成，同时又具有管径小、长径比大的特点，使碳纳米管具

碳纳米管的制备方法概况

文章编号:100320794(2004)0820007202 碳纳米管的制备方法概况 罗　勇,应鹏展,苏慧仙,贾良菊 (中国矿业大学材料科学与工程学院,江苏徐州221008) 摘要:碳纳米管是纳米材料中最富有代表性,并且是性能最优异的材料。碳纳米管自1991 年被发现以来,就立刻引起了人们的广泛关注,碳纳米管的研究已形成目前国际上最热门的研究课题之一。介绍了国内外碳纳米管的发展及制备方法,并对影响碳纳米管制备的一些因素进行了分析。 关键词:碳纳米管;制备;富勒烯中图号:TH14514文献标识码:A 1　引言 纳米材料被誉为是21世纪的重要材料,将是构 成未来智能社会的四大支柱之一,而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性,并且是性能最优异的材料。碳纳米管的理论抗拉强度是钢的100倍,而密度仅为钢的1/6。碳纳米管的理论比表面积可达8000m 2/g ,可作为双电层超级电容器的极板材料,达到很高的比功率。采用碳纳米管作为场发射的阴极材料,在逸出功、阈值电压和散热等方面比钼尖锥具有明显的优越 性,因此,在场发射显示器领域有广阔的应用前景。由于碳纳米管具有强度高、重量轻、性能稳定、柔软灵活、导热性好、比表面积大,并具有许多吸引人的电子性质,故在无线电通信、储氢电池、航空航天、军事等各个领域都有着极为广泛的应用。 从1991年多壁碳纳米管首次在电弧放电法生产富勒烯[2]的阴极沉淀物中发现以来,关于碳纳米管的制备就在不断地探索和完善中取得了重大进展。1993年日本的Iijima 在电极中加入铁作为催化剂,在氩气保护下放电打弧制备出了单壁碳纳米管[3]。产物中的单壁碳纳米管直径分布在017～116nm 范围内,最长达700nm 。与此同时,I BM 公司的Bethune 等人采用铁作为催化剂,并尝试镍和钴2种金属,制备出了具有较为一致的直径(直径约为112nm )的单壁碳纳米管,单壁碳纳米管的结构模型如图1所示。 图1　单壁碳纳米管的结构模型 Fig 11　Sketch of single -w alled carbon nanotubes 为了获得产量高、管径均匀、结构缺陷少、杂质含量低、 成本相对低廉、操作方便的制备方法,广大科技工作者进行了不懈的探索。获得大批量的、管径均匀的和高纯度的碳纳米管是研究其性能及应用的基础,而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。因此,对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。2　碳纳米管的制备方法 碳纳米管是碳异构体家族中的一个新成员,它 可以被看成是由层状结构的石墨片卷成的纳米尺寸的空心管。碳纳米管按层数可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。另外,按定向性分类,碳纳米管可分为定向性碳纳米管和非定向性碳纳米管。由于碳纳米管的直径一般在几十纳米以下,而长度则在几百微米或更长。如此高的长径比使碳纳米管在生长过程中会自然发生弯曲且相互缠绕。而控制碳纳米管的合成过程,使其按照一定方向或模式有规律生长,便可得到定向碳纳米管。211　单壁碳纳米管的制备 (1)电弧法 电弧法是制备富勒碳的常用方法,也是制备单壁碳纳米管的传统方法。在真空室中充入一定量的惰性气体,用填充有铁或钴作为催化剂的较细的石墨棒作为阳极,而较粗的石墨棒作为阴极。通过石墨电弧法进行反应,在容器内壁上得到富含单壁碳纳米管的碳灰,经提纯,可以得到单壁碳纳米管。其制备装置如图2所示。 图2　石墨电弧法工艺装置 Fig 12　Schem atic diagram of an app aratus for prep aring carbon nanotubes by graphite arc method 11真空计　21真空室　31进料系统　41阳极石墨电极　51接真空泵61冷却水气流流通　71阴极石墨电极　81冷却水系统　91惰性气体 电弧法中最典型的是氦气保护石墨电弧法和氢气保护电弧放电法。Journet 等人[4]采用镍、钇复合电极,在氦气保护下,放电数分钟,充分水冷后,在反应内壁上获得橡胶似的碳灰生成物、阴极与内壁间的网状物、阴极端部圆柱状沉淀物及“衣领“状产物,最后获得成批的单壁碳纳米管。中科院沈阳金属研 ? 7?　2004年第8期 煤 矿 机 械