不同压力下碳纳米管的电弧法合成及其表征(英文)

采用电弧放电法在氦气/乙炔混合气氛中,在不同压力下合成了碳纳米管.运用场发射扫描电镜、场发射透射电镜、X-射线衍射仪和拉曼光谱对碳纳米管的形貌进行了表征.采用可见发射光谱对碳纳米管的形成过程进行了原位诊断研究.场发射扫描电镜结果表明,在氦气/乙炔气氛中合成的碳纳米管的长度大于50微米,许多碳颗粒沉积在碳纳米管壁上.场发射透射电镜结果表明,在0.100MPa下合成的碳纳米管的壁厚明显大于0.035MPa下合成的碳纳米管的壁厚.可见发射光谱诊断结果表明,CH和C2物种可能作为碳纳米管形成的前驱体,其中,以H原子作为无定形炭的刻蚀物种.阳极消耗速率和产物在阴极的沉积速率随着反应器中压力的增加而增加.因此,可以通过加强阳极和乙炔的蒸发速率及CH和C2物种的沉积速率而增加碳纳米管的形成速率.     

催化剂结构与形态对碳纳米管生长的影响

采用溶胶-凝胶超临界流体干燥技术制备了含铁、钴的纳米SiO2复合气凝胶催化剂,用于碳纳米管和纳米碳包覆磁性纳米粒子的合成。利用N2物理吸附、XRD、TEM、HRTEM、EDS、SAED等手段对催化剂在不同温度下处理后晶型的转变、形态的变化进行了分析,并考察了催化剂对碳纳米管形貌、结构和碳增重率的变化。结果表明:随着处理温度从600℃升高到1000℃,催化剂比表面积从312.4m2 g降低到79.6m2 g,催化剂粒子从非晶态向晶态转变,粒径从5nm增大至60nm左右,碳的增重率从254.8%下降41.5%。采用低温处理的催化剂,碳产物中以碳纳米管为主,而采用较高温度处理后的催化剂,碳产物中则以碳包覆粒子为主,且随处理温度的升高碳包覆粒子的含量逐渐增加。     

三种碳纳米材料改性PTFE复合材料摩擦磨损特性

对3种碳纳米材料(碳纳米管、纳米石墨及碳黑)/PTFE(聚四氟乙烯)复合材料进行了摩擦磨损性能研究,对磨损表面进行了分析。结果表明:3种碳纳米材料均可改善PTFE复合材料耐磨性,以纳米碳黑改善效果较好,其最佳添加含量为7%。纳米石墨可减小PTFE复合材料摩擦系数,碳纳米管和纳米碳黑会增大PTFE复合材料摩擦系数,且含量越高,复合材料摩擦系数增幅越大。无定形纳米碳黑对PTFE耐磨性的改善效果较好,其表面为轻微粘着磨损;结晶型纳米石墨和碳纳米管与PTFE相容性差,其表面为严重粘着磨损。     

碳弧法中碳包Fe纳米晶及其相关碳微团的形成

用直流碳弧法在阳极石墨棒中加入α－Fe2O3产生碳包Fe纳米晶,研究在复合石墨棒中加入不同的Fe2O3含量对碳包Fe纳米晶的形貌、结构特性及晶粒尺寸分布的影响,探讨碳包Fe纳米晶的形成原因及碳弧法中氦气压力和Fe2O3含量对复合石墨棒所产生的碳灰的C60／70产率的影响．结果表明：Fe2O3复合石墨棒所产生的碳灰含有α－Fe相、Fe3C相和石墨相,没有氧化物相．复合阳极棒中的Fe2O3含量决定了碳包Fe纳米晶的数量和晶粒直径分布,碳弧法中的He气压力仍是影响掺Fe2O3阳极棒所产生的碳灰的C60／70产率的主要因素,但对碳包Fe纳米晶的产率影响不大.掺Fe2O3阳极棒所产碳灰的C60／70产率与氦气压力的关系和纯石墨阳极棒的这一关系比较,存在着显著的差别．     

碳纳米管和金属纳米粒子的异质连接研究进展

碳纳米管作为金属纳米粒子的载体材料,用于催化荆、纳米电子学、光学、纳米生物技术等领域.但碳纳米管与金属之间表面张力的差异显著,不利于金属纳米粒子附着.通过碳纳米管表面改性,利用功能基团可实现较好的异质连接.分析了碳纳米管与金属纳米粒子之间的异质连接及其在功能材料中的应用研究状况,探讨了解决碳纳米管/金属复合材料界面结合问题的各种方法,展望了异质连接技术的发展趋势.     

液相脉冲激光轰击石墨制备碳纳米材料研究进展

碳纳米材料具有特殊的力学、电学及物化性能,在微电子、航空航天、军用材料等领域具有广阔的应用前景,利用脉冲激光高效、可控制备新型碳纳米材料已成为研究热点。简要介绍了激光与碳材料的相互作用及纳米粒子的成形机理,详细阐述了液相脉冲激光制备纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯等碳纳米材料的过程及其影响因素,并展望了激光轰击石墨制备碳纳米材料的主要研究方向。     

碳负载尺寸可控的铂纳米粒子微波合成和表征

分别以XC-72碳和碳纳米管为载体,H₂PtCl₆为前驱体,用微波辐射加热的方法合成了碳负载的铂纳米粒子,并对其进行了EDX、TEM和XRD表征.研究了H₂PtCl₆乙二醇溶液的pH值对微波合成铂纳米粒子的大小、均匀性及其在碳载体上分散程度的影响.研究结果发现对于Pt/XC-72碳,随着pH值从3.4增加到9.5,铂纳米粒子的平均粒径从5.5nm减小到2.7nm;对于Pt/CNTs,随着pH值从3.5增加到9.4,铂纳米粒子的平均粒径从5.3nm减小到2.8nm.另外,随着pH值的增加,铂纳米粒子的尺寸均匀性及其在碳载体表面的分散程度得到改善.     

碳纳米管光学各向异性的解释

碳纳米管对光的吸收与光的偏振方向有关，光偏振方向与碳纳米管管轴方向平行时光吸收最强，光偏振方向与碳纳米管管轴方向垂直时光吸收最弱。采用半经典理论处理光和碳纳米管的相互作用，计算了碳纳米管的光吸收与光偏振方向的关系，计算结果表明碳纳米管光吸收速率与COS^2θ成正比，其中θ是光偏振方向和碳纳米管轴向夹角。     

载气种类对单壁碳纳米管管径的影响研究

单壁碳纳米管的管径对其性能、特别是储氢性能有极其重要的影响,但至今未见制备过程中系统控制单壁碳纳米管管径的报道.本文分别以氦气、氮气和氩气为载气,采用催化裂解法制备了不同直径范围的单壁碳纳米管.HRTEM和Raman光谱分析表明,以氦气、氩气为载气制得的碳管直径分布范围相对较窄,平均直径分别约为1.6和5.0nm.以氮气为载气时碳管直径分布相对较宽,约为2.0～4.5nm.氮气与碳反应生成氮化碳可能是导致单壁碳纳米管直径分布相对较宽的主要原因.分别以氦气、氮气和氩气为载气制得的单壁碳纳米管,在273K,15MPa时质量储氢分数依次为4.21%、6.30%和8.05%.     

用FEM／FIM研究单壁碳纳米管束

利用范氏力将单壁碳纳米管样品组装到钨针尖上，用FEM/FIM对同一碳纳米管样品用热处理方法和场脱附方法进行了研究。场离子显微镜是具有原子级分辨能力的尖端表面分析工具，由场离子像推测这次组装的样品是由三根单壁碳纳米管突起组成的碳纳米管束。清洁碳纳米管束样品的场发射像和场离子像有极好的对应关系。场脱附后的碳纳米管束的场发射特性较好地符合Fowler-Nordheim场发射模型。通过比较碳纳米管束吸附态和热处理后以及场脱附后的Fowler-Nordheim曲线的斜率变化，得出碳纳米管束样品逸出功的变化，再结合场发射像的变化推断出场脱附与热处理结合是一种较理想的获得清洁碳纳米管表面的方法。     

PAPy/MWNTs复合材料的制备及其导电性能研究

通过原位化学氧化聚合法制备了聚3-乙酰基吡咯(PAPy)/多壁碳纳米管(MWNTs)复合材料。利用FT-IR、1 H-NMR、XRD、FE-SEM、FE-TEM、TGA等方法对单体和复合材料进行了结构和性能表征。红外光谱显示PAPy与MWNTs间并没有发生化学反应,MWNTs仅作为3-乙酰基吡咯(APy)单体聚合的模板。FE-SEM与FE-TEM分析表明,PAPy仅涂覆在MWNTs的外表面,涂覆厚度取决于APy与MWNTs间的质量比。热重分析表明,MWNTs可以提高PAPy/MWNTs复合材料的热稳定性。利用四探针法对样品进行了电导率测试,发现通过MWNTs与PAPy复合,可以显著地提高复合材料的导电性,并通过控制投料比,可以使复合材料的电导率接近MWNTs的电导率。     

气相生长纳米碳纤维的形态控制

报道了在浮动催化系统中,催化剂、促进剂以及苯/氢气比例等因素对气相生长纳米碳纤维形态的决定性作用和不同结构形态纳米碳纤维的选择生长.利用控制催化剂前体和促进剂的含量以及苯与氢气的比例等因素,制备了平直碳纳米管、弯曲碳纳米管、碳珠/纳米碳纤维、纳米碳纤维等不同结构的气相生长纳米碳纤维.实验结果表明,在浮动催化系统中,调节催化剂和促进剂的含量以及苯与氢气的摩尔比等关键性因素可以实现对气相生长纳米碳纤维形态结构的控制.     

Comparison of the properties of ion-plated titanium carbide films prepared by different activation methods

A comparative study was made of titanium carbide films ion plated onto molybdenum by d.c. and r.f. discharge methods, from the point of view of the characteristics of the discharge and the quality of deposits made by each technique. A very high specimen current was achieved in the d.c. discharge method. Stoichiometric TiC deposits were easily obtained in a wide range of the pressure ratio of C₂H₂ gas to titanium vapour. In contrast, careful optimization of the deposition conditions was needed in the r.f. discharge method for controlling the stoichiometry of the deposits. Titanium carbide coatings deposited onto molybdenum by the d.c. discharge method showed excellent thermal stability compared with those prepared by the r.f. discharge method. These results indicate the strong influence of the ionization efficiency on the properties of ion-plated titanium carbide deposits.     

Electronic Structure and Field-Emission Properties of Nitrogen-Doped Carbon Nanotubes

Nitrogen-doped carbon nanotubes have been synthesized by thermal decomposition of acetonitrile vapor over Ni/Co catalysts with varied ratio of metals. X-ray photoelectron spectroscopy revealed that nitrogen atoms are embedded into tube walls in two different forms at least: (1) three-coordinated nitrogen and (2) pyridinic-like nitrogen. The ratio between these forms depends on the catalyst composition. Electronic structure of nitrogen-doped carbon nanotubes was examined by means of photoemission, X-ray photoelectron, X-ray emission and X-ray absorption spectroscopy. Field electron emission characteristics of samples produced were correlated with nitrogen content. The experimental data was interpreted using results of quantum-chemical semiempirical AM1 calculations on models of nitrogen-containing carbon tubes. Incorporation of three-coordinated nitrogen was found from calculation of the models using the transfer matrix approximation to improve the current-voltage characteristics of carbon nanotubes.     

一步法制备聚氨酯/碳纳米管复合泡沫材料及其性能

采用球磨法将碳纳米管分散到聚醚三元醇中,以水为发泡剂,采用一步法原位聚合制备了聚氨酯(PU)/碳纳米管(CNTs)复合泡沫材料,研究了发泡剂水的添加量和碳纳米管的含量对复合材料密度和性能的影响.结果表明,随水添加量的增加,泡沫材料的密度、压缩模量、拉伸模量以及断裂伸长率呈下降的趋势;碳纳米管的加入大幅度提高了材料的压缩...     

Improvement of thermal contact resistance by carbon nanotubes and nanofibers

Interfacial thermal resistance results of various nanotube and nanofiber coatings, prepared by chemical vapor deposition (CVD) methods, are reported at relatively low clamping pressures. The five types of samples examined include multi-walled and single-walled nanotubes growth by CVD, multi-walled nanotubes grown by plasma enhanced CVD (PECVD) and carbon nanofibers of differing aspect ratio grown by PECVD. Of the samples examined, only high aspect ratio nanofibers and thermally grown multi-walled nanotubes show an improvement in thermal contact resistance. The improvement is approximately a 60% lower thermal resistance than a bare Si-Cu interface and is comparable to that attained by commercially available thermal interface materials.     

拉应力下碳纳米管增强高分子基复合材料的应力分布EI北大核心CSCD

采用基于剪切滞后模型的数值计算和有限元仿真结合的研究方法,通过构建由碳纳米管增强的高分子复合材料的圆柱形代表性体积元模型,分析在一定拉伸应力下不同碳纳米管的层数、长径比、含量以及环氧树脂、尼龙和聚甲基丙烯酸甲酯3种基体材料对碳纳米管内各层应力分布的影响。结果表明:在一定的拉伸应力下,层数和长径比对碳纳米管中各层的应力分布影响很大。碳纳米管的饱和应力值随着层数增加而减小,其值与层数存在一定的相关性,在对碳纳米管本身性能的利用率上,单壁碳纳米管表现最好;长径比的增大能有效提升碳纳米管的有效长度;随着碳纳米管含量的减少,其饱和应力值明显增大,有效长度不断减小;不同的高分子基体材料对碳纳米管的应力分布影响并不明显。     

Numerical analysis of percolation formation in carbon nanotube based nanofluids

The intriguing behaviour of carbon nanotube suspensions shows that thermal conduction cannot be described by conventional approaches. These results led the researchers on the percolation and the interfacial layer resistance (also known as Kapitza resistance) as the main mechanisms governing the effective thermal conductivity enhancement for these nanoparticles suspensions. A numerical simulation on the behaviour of these suspensions, when subjected to a Brownian force field, was conducted to characterize the main factors affecting the dynamic interactions and percolation structures formation. To this end, three different numerical models based on continuum mechanics were developed. The obtained results suggest that the size, shape and aspect ratio of the nanoparticles are main factors controlling the dynamic network formation. On the other hand, the influence of the Brownian motion and the structural flexibility of the nanotubes seem to have a rather negligible effect on the results. The numerical model developed and proposed here may assist in understanding and correlating the experimental thermal conductivity data of nanofluids, contributing to demystify some of the intriguing behaviours reported. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

多壁碳纳米管/硬脂酸-十八醇@脲醛树脂微胶囊的制备及表征

通过原位聚合法以硬脂酸-十八醇低共融复合相变材料（SA-OA,质量比为50.02%,相变温度为55℃）为芯材,三聚氰胺改性的脲醛树脂（UF）为壁材,氨基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH₂）为高导热填料制备了MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊。采用FTIR、SEM、DSC、TGA和导热系数仪,对MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊的化学结构、表面形貌、相变性能和导热性能进行表征。讨论了不同的MWCNTs修饰方法、不同乳化剂种类和MWCNTs-NH₂添加量对SA-OA@UF相变微胶囊的影响。结果表明:MWCNTs-NH₂在溶液中分散性良好;十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和曲拉通X-100复配乳化剂使SA-OA@UF相变微胶囊的表面形貌更加光滑平整;添加质量比为0.5%的MWCNTs-NH₂,使MWCNTs/SA-OA@UF相变微胶囊的导热系数达到0.224 W/（m·K）,提高了38%（55℃）,包覆率提高了6.9%,粒度更加均一,热稳定性有明显提高。      

氧化钛纳米管的合成机理与表征

采用水热合成方法制备出外径约8nm,壁厚为1nm的纳米管,以TEM、XRD和TG等分析手段对不同工艺条件下获得的产物进行了表征,对它们的热稳定性进行了测试。结果表明,纳米管是在NaOH水热处理过程中形成的,而不是在清洗过程中形成的。其形成机理可能是纳米氧化钛颗粒在强碱作用下形成的Na2TiO3片状物经过卷曲而成短纳米管,通过溶解-吸收机理,逐渐长成长纳米管。但清洗溶液的pH值对生成的纳米管的成分和结构有影响,通过控制清洗产物溶液的pH值和热处理温度,可以获得组成分别为Na2TiO3、H2TiO3和TiO2的纳米管,且纳米管具有较好得热稳定性,经400℃热处理后,能保持其纳米管形貌,600℃时,纳米管间有烧结的迹象,至800℃时纳米管完全变为颗粒状。