碳纳米管的制备方法研究进展

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第41卷第4期2008年8月

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碳纳米管的制备方法研究进展

(中田地质大学材料科学与化学工程学院,武汉430074)

简单介绍了碳纳米管的性能特点,阐述了碳纳米管的制各方法,特别是对

石墨电弧法、激光蒸发法、模板法制备碳纳米管的方法做了较详细的论述。关键词碳纳米管;制备方法;性能特点

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1991年日本电镜专家Ii{ima用HRrI'EM观察由电弧法制备的C60过程中。发现在阴极碳黑中含有一些针状物,由直径为4—30I】吼,长约1斗m,由2到50个同心管构成。该针状物的物质即为碳纳米管。纳米碳管作为准一维纳米材料,密度小,六边形结构连接完美,具有许多优异的力学、电磁学和光学等性能。近年来,纳米技术的突飞猛进,纳米碳管具有准一维管状微观结构和独特的性质.因此在多种领域内广泛应用。而碳纳米管的制备技术也得到了不断的发展。

碳纳米管的制备是对其开展研究和应用的前提。能够获得足够量的、管径均匀的、具有较高纯度和结构缺陷少的碳纳米管。是其性能研究及应用研究的基础;而大批量、廉价的合成工艺也是碳纳米管能实现工业应用的保证。纵观所有己知的制备方法,我们可以发现一个共同的特点:通过各种外加能量,将碳源离解成原子或离子形式.然后再凝聚就可以得到这种碳的一维结构。本文将对碳纳米管的性能做简要的介绍。重点介绍碳纳米管的制备技术。

1碳纳米管的性能简介

碳纳米管具有优越的力学、电学、结构性能,在众多领域内具有广阔的应用前景。

(1)碳纳米管具有优良的耐热、耐腐蚀、耐冲击、传热和导电性能好、高温强度高、有自润滑性能和生物相容性等一系列综合性能。据估算。长度大于

10衄的碳纳米管,其导热系数大于2

800W/(m・K)。

理论预测室温下甚至可达6

000

W,恤・K)。

(2)碳纳米管直径小、长径比大,为准一维纳米材料。其理论强度接近碳碳键的强度.为同等体积钢强度的100倍,质量却只有l,6。可以作为高级复合

收稿日期:20吣舴17

 

材料的增强体。

(3)碳纳米管具有奇特的电学性能,可用于制作纳米电子器件。碳纳米管的电子能带结构特殊。波矢被限定于轴向,量子效应明显,是真正的量子导线,具有超导性能;碳纳米管具有发射阈值低、发射电流密度大、稳定性高等优异的场发射性能。可用于制作高性能平板显示器。

(4)碳纳米管还具有很好的吸附特性,可以作为高效储氢材料。

2碳纳米管的制备方法

2.1石墨电弧法

石墨电弧法是最早用于制备纳米碳管的工艺方法,后经过优化工艺,每次可制得克量级的纳米碳管。此法是在真空反应室中充惰性气体或氢气,采用较粗大的石墨棒为阴极,细石墨棒为阳极,在电弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗,同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产物。采用此法合成纳米碳管时。工艺参数的改变如更换阴极材料或改变惰性气体都将大大影响纳米碳管的产率。除此之外,改变在阳极组成或直径、或在石墨极中添加Y203

等,也有很好的效果。1991年,Iiii瑚就是使用石墨电

弧法来制备出纳米碳管的,现在,人们在尝试寻找简单的制备方法,通过改变打弧介质来简化电弧装置。液氮和水溶液都曾被用来替换氦气和氢气制备纳米碳管。石墨电弧法具有简单快速的特点.而且制得的纳米碳管管直、结晶度高。但该法所生产的纳米碳管缺陷较多,且纳米碳管烧结成束。束中还存在很多非晶碳杂质。究其原因是电弧温度高达300啦3700℃。形成的纳米碳管被烧结于一体,造成较多的缺陷。但在化学气相沉积法被发现之前.石墨电弧法仍是合成纳米碳管的主要方法。2.2激光蒸发法

朱华:碳纳米管的制备方法研究进展1996年S舢llley等首次使用激光蒸发法实现了单壁纳米碳管的批量制备。他们采用类似的实验设备。通过激光蒸发过渡金属与石墨的复合材料棒制备出多壁纳米碳管。激光蒸发设备同简单单壁纳米碳管合成设备类似,在l200℃的电阻炉中,由激光束蒸发石墨靶,流动的氩气使产物沉积到水冷铜柱上。一般来说,纳米碳管要比相应的球状富勒碳稳定性差一些,所以要在一定的外加条件下才能生成,例如强电场、催化剂金属颗粒、氢原子或者低温表面,以使其j端开口而有利于生长。实验结果表明,多壁纳米碳管是激光蒸发环境中纯碳蒸气的固有产物。在纳米碳管生长过程中,端部层与层的边缘碳原子可以成键,从而避免端部的封口,这是促使多壁纳米碳管生长的一个重要的内在因素。但此法制备纳米碳管的成本较高。难以推广应用。2.3催化裂解法

催化裂解法是在600一l000℃的温度及催化剂的作用下,使含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙稀和苯等)分解来制备碳纳米管的一种方法。此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,碳原子在过渡金属一催化剂作用下.附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。

催化裂解法中所使用的催化剂活性组分多为第八族过渡金属或其合金,少量加入Cu、Zn、Mg等可调节活性金属能量状态.改变其化学吸附与分解含碳气体的能力。催化剂前体对形成金属单质的活性有影响,金属氧化物、硫化物、碳化物及有机金属化合物也被使用过。2.4化学气相沉积法

化学气相沉积法(CheⅡlicalV印or

Dep08ition,

简称CVD)。基本原理为含碳气体流经催化剂表面时分解,沉积生成纳米碳管。这种方法具有制备条件可控、容易批量生产等优点。自发现以来受到极大关注。成为纳米碳管的主要合成方法之一。常用的碳源气体有CH4、C2H2、C2H4、C6H6和CO等。最早用25%铁,石墨颗粒作为催化剂,常压下700℃时9%乙炔,氮气制得纳米碳管。陈萍等以甲烷为碳源,采用镍基

催化剂,制备了管径15~20硼的均匀纳米碳管。李

永丹采用溶胶一凝胶、超临界干燥法制备m20,气凝胶负载钴催化剂,并将此催化剂用于纳米碳管的制

备。得到了直径为8一10胁左右的纳米碳管。

2.5模板法

模板法是合成碳纳米管等一维纳米材料的一项

 

科技简报

21

有效技术,它具有良好的可控制性,利用它的空间限制作用和模板剂的调试作用对合成碳纳米管的大小、形貌、结构、排布等进行控制。模板法通常是用孔径为纳米级到微米级的多孔材料作为模板。结合电化学、沉淀法、溶胶一凝胶法和气相沉淀法等技术使物质原子或离子沉淀在模板的孔壁上形成所需的纳米结构体。模板合成法制备纳米结构材料具有下列特点:

(1)所用膜容易制备,合成方法简单,能合成直径很小的管状材料。

(2)由于膜孔孔径大小一致,制备的材料同样具有孔径相同,单分散的结构。

(3)在膜孔中形成的纳米管和纳米纤维容易从模板分离出来。水热法是一种制备方法较为简单的工艺。在前人的研究中以硝酸镍和正硅酸乙酷为原料。通过水热晶

化法和常压干燥法均可合成纳米级氧化镍——二氧

化硅复合粉体催化剂。用这两种催化剂均可制得碳纳米管水热晶化法合成的催化剂粉体颗粒粒径小、分散性好、催化活性高,使得所制得的碳纳米管管径小、分布窄、纯度和收率都高。该方法的主要特点是大大降低了制备纳米碳管的反应温度。此法是最近出现的一种电化学合成碳纳米管的方法。该方法采用石墨电极(电解槽为阳极),在约的电压和电流电解熔融的卤化碱盐(如UCI),电解生成了形式多样的碳纳米材料。包括包裹或未包裹的碳纳米管和碳纳米颗粒等。通过改变电解的工艺条件可以控制生成碳纳米材料的形式。

此外,除了上述的方法,还有等离子体喷射沉积法、火焰法、水中电弧法、太阳能法、低温固体热解法等方法都受到了越来越多的关注。

现在对碳纳米管的制备研究较多.但碳纳米管的制备方法和制备工艺中仍存在许多问题有待解决。例如,某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确,影响碳纳米管的产量、质量及产率的因素也不清楚。另外。目前无论哪一种方法制备得到的碳纳米管都存在杂质高、产率低等缺点。这些都是制约碳纳米管研究和应用的关键因素。如何能得到高纯度、高比表面积和长度、螺旋角等可控的碳纳米管。还有待研究和

2.6水热法

2.7凝聚相电解生成法

600℃的温度及空气或氢气等保护性气氛中。以一定3结语

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2008年8月第41卷第4期

解决。

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(上接第19页)

空洞,但往往决定一件作品是匠术还是艺术的关键就是这个“意”在艺术价值上的高下,由此它在紫砂

艺术整体中的重要地位可见一斑。作品“包容”立意于“包容”而形于“包涵”现实形象的表达(见图3),“破”非“破”,实乃“包”与“合”,在这看似“简陋”的形体表达中,“包容”的神韵跃然纸上而破壳而出。

紫砂艺术的“题、形、意”,“题”是艺术中心、艺术总纲,“形”是艺术实型、外在表达,“意”是精神神韵、内在包涵。它们之间相互联系、相互影响而又相互作用,只有准确妥当地处理好三者的关系。才能创作出

围3。包窖”壶

优秀的紫砂艺术作品来。

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我国研制成陶板幕墙打破欧洲垄断的格局

近日,从浙江长兴国际投资贸易洽谈会上了解到,亚洲首条陶土板幕墙生产线业已建立。此款名为“爱爵乐陶”的陶土板幕墙标志着我国幕墙材料的发展迎来了新的机遇。

据了解,目前中国市场应用最为广泛的幕墙材料,主要分为三大类:玻璃幕墙、石材幕墙、金属幕墙。而新型幕墙产

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品一陶土板幕墙,以其艺术可塑性、生态环保性已在国外得到认可,并有广泛的工程应用。但此前我国由于技术、设备上的局限,始终无法形成陶板生产线,产品全部依赖进口。外商独资背景的瑞高公司投资生产的“爱爵乐陶”陶土板幕墙一

改变了这一现象。

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碳纳米管的制备方法研究进展

作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

朱华, Zhu Hua

中国地质大学材料科学与化学工程学院,武汉,430074江苏陶瓷

JIANGSU CERAMICS2008,41(4)1次

参考文献(13条)

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相似文献(10条)

1.学位论文 余雪里 碳纳米管批量生产的研究 2006

碳纳米管自被发现以来,因其独特的力学、热学、光学、电学性质,引起了众多科学家的广泛关注。碳纳米管的制备方法很多。其中,催化热解法(CVD法)因其设备简单,成本底,反应过程容易控制,生产的碳纳米管质量较好,且产量也较高,被看成是批量生产碳纳米管的最好的方法。然而,碳纳米管的纯度和产量还是制约其大规模应用的瓶颈。目前用催化热解法制备出的碳纳米管不仅不洁净而且还远没达到工业化生产的要求。另外在碳纳米管的纯化处理过程中,碳纳米管被不同程度的破坏,影响了其潜在性能。

本文除全面介绍了碳纳米管的结构、性质、生长机制、制备方法外,还探讨了影响碳纳米管生产的因素,并提出了制备高质量洁净碳纳米管的新方法。

本文以乙炔为原料气,用工业化生产炉代替小型实验研究炉批量制备出了纳米碳管,产量为150g/h。TEM图和Raman光谱结果表明,纳米碳管管径均匀分布在20~30nm间,具有很高的石墨化程度。同时,本文也讨论了生产炉结构、工艺参数以及裂解温度、裂解时间和原料气流量对纳米碳管的影响。 本文以模具化的催化剂代替粉体催化剂,制备出了高质量洁净碳纳米管。碳纳米管在模具化催化剂的表面生长,使碳纳米管和催化剂有效的实施了分离。运用TEM、XRD和Raman对所获碳纳米管的形貌结构进行了分析。结果表明:模具化的催化剂所得的碳纳米管较散体催化剂的干净,石墨化程度高,结构缺陷少。更重要的是,不需要任何氧化性的净化处理,避免了净化处理对碳纳米管的破坏及对其性质的影响。

2.学位论文 魏任重 碳纳米管制备方法的比较研究 2005

碳纳米管(CNTs)自被发现以来,由于其独特的结构,在电子器件,储氢材料,催化剂载体等方面有着广泛的应用,特别是它这种独特的结构和晶态非常适合作为催化剂负载材料。本课题就是围绕着怎样制备大管径、壁薄的碳纳米管,并且将其作为载体应用于实际当中去而展开。

本文主要采用化学气相沉积法制备碳纳米管,分别应用了三种不同催化剂,成功地合成出所需要内径大的碳纳米管,并且比较了它们的优缺点。本实验应用了XRD,TEM,SEM,BET,TPR,TG等表征手段对催化剂和碳纳米管进行测试。

采用Ni-Cu-Al金属复合化合物催化剂,重点考察了铜含量对催化剂和碳纳米管的影响,以及焙烧温度、焙烧方式对催化剂的影响,结果表明,碳纳米管的产率、碳纳米管的形貌、晶态,当含铜15%时的催化剂效果最好。用这种方法生长碳纳米管时,以不同的方式加入少量的毒物使得催化剂中毒,对于增大碳纳米管的内径十分有效,实验结果证明,以载气吹扫的方式带入少量的碳酸钠粉末(350目)可以使催化剂轻微中毒,制备出的碳纳米管平均内径在60nm左右。采用Ni-Cu-Al/CNTs负载型金属复合氧化物催化剂,并且与其它负载型催化剂、无载体催化剂相比较,结果表明CNTs作为载体,对催化剂金属活性部分有良好的支持、分散作用,大大提高了催化剂活性,改善了CNTs晶态结构。在CNTs作为载体之前,将其进行适当的酸处理或碱处理也可以大大提高碳纳米管的产率。采用阳极氧化铝模板负载Ni催化剂制备高密度碳纳米管阵列,这种方法所制备的CNTs的管径能达到100nm,且管壁很薄、很均匀,管形很直,长径比在1000以上。本文考察了氧化时间对孔深、氧化电压对孔径的影响,以及对CNTs纯化试剂的选择。

3.期刊论文 米万良.林跃生.张宝泉.李永丹.蒋海洋 取向碳纳米管制备方法及其应用进展 -化学进展2004,16(6)

碳纳米管有广阔的应用前景,但很多应用是以碳纳米管定向的取向排列为前提.本文全面介绍了制备取向碳纳米管的各种方法和研究进展,综合阐述了各种制备方法的特点,并初步讨论了制备取向生长碳纳米管各种方法的机理.最后,对取向碳纳米管的应用进行了展望,提出了碳纳米管应用的新思路.

4.学位论文 支春义 碳纳米管改性及几种一维半导体纳米材料的制备与表征 2004

该文内容涉及碳纳米管的改性、硼碳氢纳米管的可控生长、Raman表征和物性、以及半导体纳米线的合成等,是一篇有关一维纳米材料的制备和物理性质研究的学位论文.碳纳米管在力学、热学、电学等多个方面的卓越表现,使其成为纳米材料领域里最引人关注的研究方向之一.目前碳纳米管的生长制备方法已经十分成熟,该文的第一部分是纯碳纳米管的改性研究.1)用微波等离子体化学气相沉积法,在制备碳纳米管的同时,希望通过某些简单办法,能够对其进行原位填充.我们采用GaAs做衬底,在合适的生长温度下,成功的合成了GaN填充的碳纳米管,使碳纳米管独特的电输运性质与GaN优良的发光特性相结合成为可能.进一步对填充在碳纳米管中的GaN发光特性进行研究发现,富Ga的生长条件在GaN中引入了N空位,从而导致了GaN带间跃迁发光峰的红移.2)通过氢等离子体刻蚀的方法,使碳纳米管的场发射性能得到明显改善.Raman和红外吸收谱结果的表明,氢等离子体刻蚀后缺陷密度增大,碳纳米管表面H吸附形成的C-H电偶极子层是导致场发射性能改善的重要因素.此外,碳纳米管形貌的改变也会使场增强因子增大,从而起到增大发射电流的作用.一维半导体纳米线提供给人们一个在纳米尺度上研究半导体材料的舞台.作为半导体在微电子学领域巨大成就的发展和延伸,半导体纳米线在纳米电子学领域表现也相当出色.材料合成是材料研究的基础.我们用微波等离子体法合成了GaN纳米线,并对其光荧光性质做了初步的研究.我们发展了一种退火技术生长半导体纳米线的方法.采用这种方法,通过改变衬底和调节生长的化学环境,我们成功的合成了具有良好结晶状况的AsIn、InP、GaO、GaP等多种半导体纳米线.使用热丝等离子体刻蚀法,通过改变反应前驱气体中N和H流量百分比,就可以在不用催化剂的情况下得到从Si纳米棒到Si纳米锥等多种纳米结构.在反应气体中加入一定浓度的CH,得到的覆有非晶碳膜的Si纳米锥阵列具有良好的场发射性能.

5.期刊论文 冯春芳.彭政.罗勇悦.李永振.Feng Chunfang.Peng Zheng.Luo Yongyue.Li Yongzhen 碳纳米管表面功能化研究进展 -广东化工2009,36(9)

碳纳米管的表面功能化修饰已成为现代纳米领域的一大研究热点,对实现碳纳米管的独特的优越性起到基础性作用.文章简述了碳纳米管(CNTs)的结构与制备方法,对碳纳米管常见的功能化修饰进行了综述,最后对碳纳米管改性高分子材料存在的问题和发展方向进行了展望.

6.学位论文 文婕 碳纳米管的制备及加氢应用 2007

碳纳米管是一种一维管状分子结构的新型功能材料,以其特殊的结构显示出了极强的量子效应和奇特的物理化学性能,在催化、复合材料、储能材料和微电子器件等诸多领域表现出了很大的潜在应用前景。目前制备碳纳米管的方法有石墨电弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等,其中前两种方法存在产量少,不易实现工业化生产的特点;而CVD法以其设备简单,成本低,反应过程容易控制,产量高等优点成为目前制备碳纳米管的主流。

论文选择了共沉淀法制备新型铁钴复合基催化剂,并用于CVD法制备碳纳米管。对比研究了两种催化剂制备方法,考察了制备条件的影响,探索了等离子体、超声波、助剂Mo等对提高碳纳米管产率的作用。共沉淀法简单可行,碳纳米管产率为4.61g.gcat..h,远高于负载型催化剂的0.74g.gcat..h。等离子体、超声波、助剂Mo等均进一步提高碳纳米管的产率,最高达到5.93g.gcat.h.催化剂的粒度决定所生长碳纳米管的直径,制备了不同管径的碳纳米管。

将本方法获得的碳纳米管作载体制备Co-B基催化剂,用于肉桂醛液相加氢反应,与Co-B/SiO、Co-B/γ-Al2的催化活性作了比较。结果表明,在80℃,4.2MPa下反应1.5h后,Co-B/CNTs对CMA加氢的转化率和对产物肉桂醇(CMO)的选择性都是最高的,分别为42.4%和94.0%。其中转化率分别是Co-B/SiO和Co-B/γ-Al2O的2.6倍和2.1倍。

7.期刊论文 曹伟.宋雪梅.王波.严辉.CAO Wei.SONG Xuemei.WANG Bo.YAN Hui 碳纳米管的研究进展 -材料导报2007,21(z1)

碳纳米管是国际新材料领域的研究前沿和热点,详细综述了碳纳米管的结构与性能,近年来碳纳米管的各种制备方法和纯化方法,以及在各领域的应用研究及其最新研究进展;并展望了碳纳米管的应用和研究前景.

8.学位论文 宋辉 碳纳米管制备方法和生长机理的研究 1998

该文在前人工作的基础上,着重研究制备碳纳米管的新方法,以解决现有方法中的诸多问题.该文采用了直接催化法热解气态碳氢化合物制备碳纳米管,在大量的实验和检测工作的基础上,对反应产物及其生长过程与反应物,反应温度、载气体、气压、催化材料等实验条件的关系进行了研究,确定了优化反应条件,在制备方法及催化剂的处理等方面设计了新的方案.实验表明,直接催化法操作简单,生产周期短,反应物转化率高,在优化的条件下几乎可以全部转化成为碳纳米管.反应产物形貌好,直径为10-50nm,长度可达几十微米,杂质含量少,没有非管状碳出现,免去了传统方法中复杂的反应后处理,好于现有的各种碳纳米管制备方法.在此基础上,作者讨论了碳纳米管的生长机理,结合直接催化法提出了晶面催化生长模式-碳纳米管可以在催化剂的晶面上催化生长,不需要纳米级催化颗粒.这一催化生长模式明显区别于传统气相生长理论.为碳纳管的制备提供了新的思路.

9.期刊论文 周小康.周明.吴春霞.袁润.ZHOU Xiaokang.ZHOU Ming.WU Chunxia.YUAN Run 定向生长碳纳米管阵列的制备及其应用研究进展 -材料导报2007,21(z1)

碳纳米管在力、热、光、电等方面都显示出独特的性质,受到众多领域专家的广泛关注,而定向生长的碳纳米管阵列的获得具有更深远的科学意义.详细介绍了国内外定向生长碳纳米管阵列的制备方法,重点阐述了化学气相沉积法(CVD)的制备流程和生长机理以及其工艺参数对生成碳管阵列的影响.简要论述了碳纳米管阵列在几个典型应用领域的研究进展.

10.学位论文 诸利达 镍基/碳纳米管复合材料的制备及应用研究 2009

碳纳米管作为一种被人们寄予厚望的新型材料,具有极好的机械性能以及热学和电学性能。碳纳米管的杨氏模量高达1TPa,远远高于玻璃纤维(70GP)和其他绝大多数的材料。另外碳纳米管还是良好的导体并具有较高的热导率。由于这些突出性能,碳纳米管已经引起科学界以及工业界极大兴趣。将碳纳米管作为复合材料的增强相有望获得性能优良的新材料,给复合材料领域带来革命性的突破。

本文采用直径为10~20纳米的碳纳米管作为增强相材料,采用间歇超声复合空气搅拌,通过复合电沉积技术,制备了碳管分散均匀,表面平整连续的镍基碳纳米管复合薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)对镀层的表面形貌进行了观察,并用表面轮廓仪,对镀层的粗糙度进行了测量。通过显微硬度计和纳米硬度计对镀层的硬度分别进行了测量,采用一种新型的微拉伸器件对复合薄膜的拉伸性能进行了测量。通过实验发现,采用超声复合空气搅拌方式在镍镀层中复合碳纳米管可以明显的提高镀层的硬度,并且当镀层中碳纳米管体积百分比在4.03%左右时,镀层硬度最大。和纯镍镀层相比,镍基碳纳米管复合薄膜的抗拉强度也有所提高,通过用SEM对镀层断裂处观测,验证了碳纳米管的增强效应。镍基体与碳纳米管之间良好的界面结合保证了复合材料中的应力可以顺利的通过界面传递至增强相,从而实现碳纳米管的增强作用。通过对镍基碳纳米管复合薄膜的变形区的观测,发现了碳纳米管增强相发挥强化作用的典型形态,具体表现为基体金属发生塑性变形后,裂纹在低强度区域萌生并扩展,当其穿越复合有增强相的区域时,碳纳米管与基体发生界面脱粘,被拔出基体后桥联在裂纹之间,承受载荷,阻碍裂纹扩展。

在上述研究的基础上,进一步探索镍基碳纳米管薄膜复合共沉积技术的应用前景。在复合共沉积工艺获得成功的基础上,提出以场发射器件为应用目标的碳纳米管复合薄膜场发射阴极的制备技术。实验证明,采用超声复合空气搅拌方式,通过碳纳米管复合电沉积技术能够将经过预处理的碳纳米管均匀分散在金属基体中,并使碳管部分“扎根”在金属基体之中,实现与表层金属牢固结合,一部分露出基体金属表面,形成发射体阵列。实验将复合电沉积工艺和光刻图形化工艺结合,制备了镍基碳纳米管复合薄膜阴极阵列,并用扫描电子显微镜对阴极阵列的表面形貌和碳纳米管形态作了观测。

引证文献(1条)

1.耿梅艳.赵会仙.王海燕.沈金虎.邹上荣.胡晓阳.穆慧慧 工艺参数对碳纳米管取向生长的影响[期刊论文]-精细化

碳纳米管有广阔的应用前景,但很多应用是以碳纳米管定向的取向排列为前提.本文全面介绍了制备取向碳纳米管的各种方法和研究进展,综合阐述了各种制备方法的特点,并初步讨论了制备取向生长碳纳米管各种方法的机理.最后,对取向碳纳米管的应用进行了展望,提出了碳纳米管应用的新思路.

4.学位论文 支春义 碳纳米管改性及几种一维半导体纳米材料的制备与表征 2004

该文内容涉及碳纳米管的改性、硼碳氢纳米管的可控生长、Raman表征和物性、以及半导体纳米线的合成等,是一篇有关一维纳米材料的制备和物理性质研究的学位论文.碳纳米管在力学、热学、电学等多个方面的卓越表现,使其成为纳米材料领域里最引人关注的研究方向之一.目前碳纳米管的生长制备方法已经十分成熟,该文的第一部分是纯碳纳米管的改性研究.1)用微波等离子体化学气相沉积法,在制备碳纳米管的同时,希望通过某些简单办法,能够对其进行原位填充.我们采用GaAs做衬底,在合适的生长温度下,成功的合成了GaN填充的碳纳米管,使碳纳米管独特的电输运性质与GaN优良的发光特性相结合成为可能.进一步对填充在碳纳米管中的GaN发光特性进行研究发现,富Ga的生长条件在GaN中引入了N空位,从而导致了GaN带间跃迁发光峰的红移.2)通过氢等离子体刻蚀的方法,使碳纳米管的场发射性能得到明显改善.Raman和红外吸收谱结果的表明,氢等离子体刻蚀后缺陷密度增大,碳纳米管表面H吸附形成的C-H电偶极子层是导致场发射性能改善的重要因素.此外,碳纳米管形貌的改变也会使场增强因子增大,从而起到增大发射电流的作用.一维半导体纳米线提供给人们一个在纳米尺度上研究半导体材料的舞台.作为半导体在微电子学领域巨大成就的发展和延伸,半导体纳米线在纳米电子学领域表现也相当出色.材料合成是材料研究的基础.我们用微波等离子体法合成了GaN纳米线,并对其光荧光性质做了初步的研究.我们发展了一种退火技术生长半导体纳米线的方法.采用这种方法,通过改变衬底和调节生长的化学环境,我们成功的合成了具有良好结晶状况的AsIn、InP、GaO、GaP等多种半导体纳米线.使用热丝等离子体刻蚀法,通过改变反应前驱气体中N和H流量百分比,就可以在不用催化剂的情况下得到从Si纳米棒到Si纳米锥等多种纳米结构.在反应气体中加入一定浓度的CH,得到的覆有非晶碳膜的Si纳米锥阵列具有良好的场发射性能.

5.期刊论文 冯春芳.彭政.罗勇悦.李永振.Feng Chunfang.Peng Zheng.Luo Yongyue.Li Yongzhen 碳纳米管表面功能化研究进展 -广东化工2009,36(9)

碳纳米管的表面功能化修饰已成为现代纳米领域的一大研究热点,对实现碳纳米管的独特的优越性起到基础性作用.文章简述了碳纳米管(CNTs)的结构与制备方法,对碳纳米管常见的功能化修饰进行了综述,最后对碳纳米管改性高分子材料存在的问题和发展方向进行了展望.

6.学位论文 文婕 碳纳米管的制备及加氢应用 2007

碳纳米管是一种一维管状分子结构的新型功能材料,以其特殊的结构显示出了极强的量子效应和奇特的物理化学性能,在催化、复合材料、储能材料和微电子器件等诸多领域表现出了很大的潜在应用前景。目前制备碳纳米管的方法有石墨电弧法、激光法、催化裂解法(CVD)等,其中前两种方法存在产量少,不易实现工业化生产的特点;而CVD法以其设备简单,成本低,反应过程容易控制,产量高等优点成为目前制备碳纳米管的主流。

论文选择了共沉淀法制备新型铁钴复合基催化剂,并用于CVD法制备碳纳米管。对比研究了两种催化剂制备方法,考察了制备条件的影响,探索了等离子体、超声波、助剂Mo等对提高碳纳米管产率的作用。共沉淀法简单可行,碳纳米管产率为4.61g.gcat..h,远高于负载型催化剂的0.74g.gcat..h。等离子体、超声波、助剂Mo等均进一步提高碳纳米管的产率,最高达到5.93g.gcat.h.催化剂的粒度决定所生长碳纳米管的直径,制备了不同管径的碳纳米管。

将本方法获得的碳纳米管作载体制备Co-B基催化剂,用于肉桂醛液相加氢反应,与Co-B/SiO、Co-B/γ-Al2的催化活性作了比较。结果表明,在80℃,4.2MPa下反应1.5h后,Co-B/CNTs对CMA加氢的转化率和对产物肉桂醇(CMO)的选择性都是最高的,分别为42.4%和94.0%。其中转化率分别是Co-B/SiO和Co-B/γ-Al2O的2.6倍和2.1倍。

7.期刊论文 曹伟.宋雪梅.王波.严辉.CAO Wei.SONG Xuemei.WANG Bo.YAN Hui 碳纳米管的研究进展 -材料导报2007,21(z1)

碳纳米管是国际新材料领域的研究前沿和热点,详细综述了碳纳米管的结构与性能,近年来碳纳米管的各种制备方法和纯化方法,以及在各领域的应用研究及其最新研究进展;并展望了碳纳米管的应用和研究前景.

8.学位论文 宋辉 碳纳米管制备方法和生长机理的研究 1998

该文在前人工作的基础上,着重研究制备碳纳米管的新方法,以解决现有方法中的诸多问题.该文采用了直接催化法热解气态碳氢化合物制备碳纳米管,在大量的实验和检测工作的基础上,对反应产物及其生长过程与反应物,反应温度、载气体、气压、催化材料等实验条件的关系进行了研究,确定了优化反应条件,在制备方法及催化剂的处理等方面设计了新的方案.实验表明,直接催化法操作简单,生产周期短,反应物转化率高,在优化的条件下几乎可以全部转化成为碳纳米管.反应产物形貌好,直径为10-50nm,长度可达几十微米,杂质含量少,没有非管状碳出现,免去了传统方法中复杂的反应后处理,好于现有的各种碳纳米管制备方法.在此基础上,作者讨论了碳纳米管的生长机理,结合直接催化法提出了晶面催化生长模式-碳纳米管可以在催化剂的晶面上催化生长,不需要纳米级催化颗粒.这一催化生长模式明显区别于传统气相生长理论.为碳纳管的制备提供了新的思路.

9.期刊论文 周小康.周明.吴春霞.袁润.ZHOU Xiaokang.ZHOU Ming.WU Chunxia.YUAN Run 定向生长碳纳米管阵列的制备及其应用研究进展 -材料导报2007,21(z1)

碳纳米管在力、热、光、电等方面都显示出独特的性质,受到众多领域专家的广泛关注,而定向生长的碳纳米管阵列的获得具有更深远的科学意义.详细介绍了国内外定向生长碳纳米管阵列的制备方法,重点阐述了化学气相沉积法(CVD)的制备流程和生长机理以及其工艺参数对生成碳管阵列的影响.简要论述了碳纳米管阵列在几个典型应用领域的研究进展.

10.学位论文 诸利达 镍基/碳纳米管复合材料的制备及应用研究 2009

碳纳米管作为一种被人们寄予厚望的新型材料,具有极好的机械性能以及热学和电学性能。碳纳米管的杨氏模量高达1TPa,远远高于玻璃纤维(70GP)和其他绝大多数的材料。另外碳纳米管还是良好的导体并具有较高的热导率。由于这些突出性能,碳纳米管已经引起科学界以及工业界极大兴趣。将碳纳米管作为复合材料的增强相有望获得性能优良的新材料,给复合材料领域带来革命性的突破。

本文采用直径为10~20纳米的碳纳米管作为增强相材料,采用间歇超声复合空气搅拌,通过复合电沉积技术,制备了碳管分散均匀,表面平整连续的镍基碳纳米管复合薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)对镀层的表面形貌进行了观察,并用表面轮廓仪,对镀层的粗糙度进行了测量。通过显微硬度计和纳米硬度计对镀层的硬度分别进行了测量,采用一种新型的微拉伸器件对复合薄膜的拉伸性能进行了测量。通过实验发现,采用超声复合空气搅拌方式在镍镀层中复合碳纳米管可以明显的提高镀层的硬度,并且当镀层中碳纳米管体积百分比在4.03%左右时,镀层硬度最大。和纯镍镀层相比,镍基碳纳米管复合薄膜的抗拉强度也有所提高,通过用SEM对镀层断裂处观测,验证了碳纳米管的增强效应。镍基体与碳纳米管之间良好的界面结合保证了复合材料中的应力可以顺利的通过界面传递至增强相,从而实现碳纳米管的增强作用。通过对镍基碳纳米管复合薄膜的变形区的观测,发现了碳纳米管增强相发挥强化作用的典型形态,具体表现为基体金属发生塑性变形后,裂纹在低强度区域萌生并扩展,当其穿越复合有增强相的区域时,碳纳米管与基体发生界面脱粘,被拔出基体后桥联在裂纹之间,承受载荷,阻碍裂纹扩展。

在上述研究的基础上,进一步探索镍基碳纳米管薄膜复合共沉积技术的应用前景。在复合共沉积工艺获得成功的基础上,提出以场发射器件为应用目标的碳纳米管复合薄膜场发射阴极的制备技术。实验证明,采用超声复合空气搅拌方式,通过碳纳米管复合电沉积技术能够将经过预处理的碳纳米管均匀分散在金属基体中,并使碳管部分“扎根”在金属基体之中,实现与表层金属牢固结合,一部分露出基体金属表面,形成发射体阵列。实验将复合电沉积工艺和光刻图形化工艺结合,制备了镍基碳纳米管复合薄膜阴极阵列,并用扫描电子显微镜对阴极阵列的表面形貌和碳纳米管形态作了观测。

引证文献(1条)

1.耿梅艳.赵会仙.王海燕.沈金虎.邹上荣.胡晓阳.穆慧慧 工艺参数对碳纳米管取向生长的影响[期刊论文]-精细化

工 2009(8)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jstc200804010.aspx

授权使用:安徽理工大学(ahlgdx),授权号:1492d30f-df43-46f3-88fb-9db20096ad65

下载时间:2010年7月13日


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