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%.     

氢气流量对定向碳纳米管生长的影响及其生长机理研究

采用催化热解法,以二茂铁和二甲苯分别作为催化剂和碳源,在不同H2流量下,直接在硅基底上生长定向碳纳米管阵列.采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对样品进行观察和表征,并研究了H2流量对定向碳纳米管生长的影响和碳纳米管定向生长的机理.结果表明:H2在反应过程中起刻蚀作用,H2流量为60cm3/min时,生长的碳纳米管定向性最好.     

定向碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能的研究

利用高温裂解法，以酞菁铁为原料在不同基底(石英玻璃、硅片、氧化硅片等)上成功制备了碳纳米管定向薄膜。在扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)下观察表明，得到的薄膜由定向性良好的多壁碳纳米管(MWNTs)组成。详细讨论了反应时间等工艺参数对薄膜生长的影响，并测量了不同基底上定向碳纳米管薄膜的场发射性质。     

磷对浮动催化裂解法制备单壁碳纳米管产率和直径的影响

采用浮动催化裂解法研究了磷作为促进剂对SWNTs制备的影响.实验表明,在SWNTs的制备过程中添加适量的磷促进剂可以大幅度提高SWNTs的产率;采用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman spectroscopy)对产物进行微观结构分析,发现磷有利于较小管径SWNTs的合成.根据表征结果推测SWNTs以Yarmulke帽模型生长.适量的添加磷的能有效的提高纳米铁颗粒的催化活性,促进Yarmulke帽的形成.     

浮动催化体系中碳纳米管的生长机理

提出了气相形核生长（VPN）机理解释浮动催化体系中碳纳米管的生长过程。浮动催化系统中生长碳纳米管的活性碳原子是由苯热解产生的,被硫原子部分覆盖的液态铁颗粒是单壁碳纳米管的形核中心,生成的单壁碳纳米管继续径向生长、逐渐石墨化后,得到多壁碳纳米管。气相形核生长机理能够解释浮动催化系统生长碳纳米管的结构特征。     

稀土氧化物催化碳纳米管的形成(英文)

利用爆炸辅助的化学气相沉积方法,以一系列稀土元素作为催化剂合成了多壁碳纳米管(MWCNTs)。通过能量色散X射线谱、选区X-射线电子衍射谱和粉末X-射线衍射数据表明,催化剂是以氧化物形式存在MWCNTs外,这不同于传统的以金属或碳化物存在。结合中间体结构,结果显示,MWCNTs的形成遵循颗粒-线-管逐级进化的机制,稀土氧化物可能在促进碳纳米颗粒的各向异性的自组装过程中起主要作用,空腔是通过颗粒之间结构的重组和晶化进化形成。     

裂解温度对碳纳米管制备的影响

以纳米级复合物NiO/SiO2为催化剂，甲烷为碳源，采用催化分解法制备了碳纳米管，并运用TEM对不同实验条件下得到的纳米碳管进行了形貌分析，结果表明：反应温度对碳纳米管的产率和形貌有着很重要的影响。反应温度过高或过低，碳纳米管的产率都很低。适合碳纳米管生长的温度范围是620℃-720℃，在660℃-680℃之间反应可得到稳定的产率。在640℃-680℃之间可以得到高纯度的产物，温度过高或过低时得到的碳纳米管形貌不均一而且含有很多杂质。     

流动催化热解法制备高质量多壁碳纳米管的研究

以甲烷为碳源,N2和H2作载气,二茂铁作催化剂前驱体,采用流动催化热解法制备出大量高质量取向性好的多壁碳纳米管(MWCNTs)。利用扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和Raman光谱对碳纳米管的形貌和结构进行了表征。该制备过程工艺简单并且成本低廉,对实现碳纳米管的规模生产具有重要意义。     

碳纳米管填充金属Ag纳米线及其机理研究

通过湿化学法将金属Ag成功填入碳纳米管,填充物的形态为纳米线状.用浓硝酸通过沸点回流法对碳纳米管进行处理,处理后不但除掉了其表面的杂质,而且碳纳米管端帽打开并明显被切短.AgNO3溶液通过毛细作用进入开口后的碳纳米管中,在450℃用H2进行还原,还原后碳纳米管被Ag纳米线填充,Ag纳米线直径为20～40nm,长度100nm～10μm.通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)分析研究了Ag纳米线的微观形态和结构.在实验基础上探讨了金属Ag纳米线的形成机理.     

流动催化法连续制备碳纳米管及其形态和结构的研究

以二茂铁作为催化剂来源、以苯作为碳源、氢气和氩气分别作为载气和稀释气体,在１１００℃连续地合成了碳纳米管．碳纳米管的生成分二个过程：催化生长和表面无定形碳的生成．所得到的碳纳米管的内径为３～６ｎｍ,而外径约为２０～７０ｎｍ碳纳米管的外径随气体流速的增加而变细,在较细的碳纳米管中观察到了由催化生长而成的具有光滑薄壁的原始碳纳米管．生成的碳纳米管的长度达数十微米、直径较均匀,其端部大多为圆形,但也观察到其他的形状的端部．     

添加炭黑和碳纳米管对酚醛树脂热解炭的结构及抗氧化性的影响(英文)

采用酚醛树脂为原料,分别以炭黑和碳纳米管作为改性添加剂制备酚醛树脂热解炭。利用差热分析(DSC)、X射线衍射分析(XRD)和压汞法孔径分析对酚醛树脂热解炭进行表征,探讨添加剂和热处理温度对树脂热解炭的结构和抗氧化性的影响。结果表明,碳纳米管和炭黑均可提高热解炭的石墨化度和抗氧化性;碳纳米管改性树脂热解炭的石墨化度高于炭黑改性树脂热解炭,但由于前者热解炭的显微结构中较高的气孔率,所以使其抗氧化性劣于后者。升高热处理温度同样可改善热解炭的抗氧化性和提高石墨化度。     

通过碳纳米管与硫化锌纳米晶体复合提高硫化锌的光催化活性

在碳纳米管悬浮夜中,通过Zn(NO3)2与Na2S反应制备了硫化锌/碳纳米管复合物.研究发现:回流后处理以及合适的加料顺序,对强化硫化锌纳米晶体和碳纳米管的结合非常重要.亚甲基蓝水溶液的光降解试验显示:碳纳米管可有效提高硫化锌纳米晶体的光催化活性.原因是碳纳米管与硫化锌纳米晶体的紧密结合改善了电子迁移的界面,促使硫化锌激发电子快速向碳纳米管迁移,从而抑制了激发电子与空穴的复合.     

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。     

Influence of catalyst particles on multi-walled carbon nanotubes morphology and structure

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) have been successfully grown by Chemical Vapor Deposition (CVD) method. Elucidating the key characteristics of catalyst sources that affect carbon nanotubes growth is of great importance for improving and control MWCNTs morphology and structure. In this work we present a systematically study of CVD parameters, such as catalyst source, substrate morphology and temperature and how it affects carbon nanotubes synthesis. The novelty of this work lies on the catalyst composition. Two specific catalyst sources were analyzed: (i) Fe₂Co and (ii) Fe₂Co with ferrocene. Cyclic Voltammetry results confirmed the presence of Fe²⁺ in the Fe₂Co with ferrocene solution. X-Ray Diffraction analysis confirmed the presence of iron particles on the substrate surface after its submission to growth conditions. Raman results suggested an improvement in carbon nanotubes crystalline quality catalyzed by Fe₂Co with ferrocene. For tridimensional substrates such as fibers, the Fe₂Co with ferrocene provided aligned CNTs with lower defects density noticed in Raman spectra and SEM micrographs. Finally, we corroborated the Fe²⁺ encapsulation relation with the growth mechanism and MWCNTs formation.     

改进化学气相沉积法在炭纤维表面生长碳纳米管(英文)

采用一种改进的化学气相沉积法在炭纤维表面制备碳纳米管。为了提高炭纤维表面的润湿性能,炭纤维在浸渍之前先在CVD设备中在真空下973 K的高温处理,然后在硝酸和浓硫酸体积比为3∶1的混合酸中酸处理30 min。而改进的化学气相沉积法关键在于让催化剂的还原步骤和碳纳米管的生长步骤同时进行。这样通过减小过渡金属元素与炭纤维之间的接触时间从而降低了它们之间的相互扩散,在确保了炭纤维本身的力学性能下降程度明显小于用普通化学气相法制备的情况下生长出长且茂密的碳纳米管阵列。另外,经过对工艺参数的优化发现当用乙醇作溶剂,Fe(NO3)3.9H2O溶度为100 mmol/L,氢气和碳源气体比值为4/1,而生长时间为30 min时得到最好的碳纳米管阵列。     

Carbon dioxide as a carbon source for synthesis of carbon nanotubes by chemical vapor deposition

Carbon dioxide was successfully used as carbon source in the synthesis of carbon nanotubes (CNTs) by chemical vapor deposition (CVD) over Fe/CaO catalyst. The product was evaluated using both transmission electron microscopy (TEM) and Raman spectroscopy. Crooked and branching structures of multi-walled carbon nanotubes (MCNTs) with diameters of around 50 nm were observed on the TEM micrographs. Raman spectrum results show that the nanotubes have small defects, which is in agreement with the results of TEM. The influence of reaction variable such as furnace temperature and types of support media was also studied and the reaction mechanism was then discussed in this paper.     

羰基、羧基和羟基表面官能团对碳纳米管电容量的影响

分别采用混酸、空气、硝酸和高锰酸钾对碳纳米管进行氧化处理,以在其表面引入官能团,进而研究了表面官能团对碳纳米管电化学性能的影响.X-射线光电子谱分析表明:混酸氧化处理引入的官能团主要为羰基和羧基;空气氧化使碳纳米管表面链接较多的羟基,但羰基和羧基的含量最少;而硝酸处理和高锰酸钾处理引入了中等数量的羰基和羧基.经四种处理方法所得碳纳米管具有相近的比表面积和孔结构.通过比较它们的比电容发现:羰基和羧基贡献了最多的准电容,尤其羰基含量与碳纳米管的电容量呈正比关系;而羟基主要增强了双层电容,并未引入明显的准法拉第容量.由于羰基和羧基比羟基具有更低的电荷传递电阻,有利于快速的法拉第反应,从而引入准电容.     

碳纳米管的组装

碳纳米管具有很多奇异的物理、化学性能．组装后的碳纳米管在光、磁、电、催化、机械等方面都展现出更加优异的特性，具有广泛的应用前景。本文对碳纳米管组装技术的现状和最新研究进展情况进行了综述，也讨论了组装机理．并对碳纳米管组装的未来进行了展望。     

Reinforcing effect of carbon nanotubes on PEEK composite filled with carbon fibre

Abstract

The main objective of the present paper is to develop high wear resistance carbon fibre reinforced polyether ether ketone composite with addition of multiwall carbon nanotubes. These compounds were well mixed in a batch mixer, and compounded polymers were fabricated into sheets of known thickness by compression moulding. Samples were tested for wear resistance with respect to different concentration of fillers. The wear resistance properties of these samples depend on filler aspect ratio. Wear resistance of composite with 20 wt-% of carbon fibre increases when multiwall carbon nanotubewas introduced. The worn surface features have been examined using scanning electron microscope. Photomicrographs of the worn surfaces revealed higher wear resistance with the addition of carbon nanotube. Also better interfacial adhesion between carbon and vinyl ester in carbon reinforced vinyl ester composite was observed.     

不同原料气催化热解法制备碳纳米管的研究

以CH4和C3H6为原料气，Ni-SiO2为催化剂，采用催化裂解法制备了碳纳米管。考察了两种原料气在单位催化剂上的产量与碳纳米管的转化率，并运用TEM、XRD和Raman对所获碳纳米管的形貌结构性能进行了分析。结果表明：以CH4为原料气时单位催化剂上的产率虽低而转化率却较高。说明当C1H6发生分解时，分解出来的碳只有少部分转化成了碳纳米管，而大部分为副产物；当CH4分解时，副反应较少，因此转化率较高：同时微观结构的分析也表明：采用CH4为原料气时，产物的形貌比较均一，其有序程度较高，碳纳米管的结构缺陷也较少。