碳纳米管的化学镀铁钴和电磁参数研究

基于化学镀方法将CoB和FeB二元合金包覆在多壁碳纳米管模板上,制备了一种新的一维纳米复合材料.将JEM-2010透射电子显微镜显示多壁碳管的外径从13 nm增加到35 nm,能量色散X分析仪也表明碳管的表面镀覆了铁磁性纳米金属颗粒.用Angilent8722ES矢量网络分析仪在2～18 GHz测试了复合材料的动态电磁参数,在2 GHz时,铁包覆碳纳米管复合材料的复介电常数的实部ε′和虚部系数ε″分别为23.90和14.31,在2 GHz时复磁导率的实部μ′和虚部μ″分别为2.64和1.63,而钴包覆碳纳米管复合材料的ε′,ε″,μ′和μ″分别为12.00,2.04,1.28 和0.39.在低频处复合材料的磁导率和磁损耗相对于纯碳管有明显的增加.这种电磁特性可以应用于微波吸收材料.     

B/N掺杂对提高5FU在羟基化碳纳米管药物传送系统中稳定性的作用机制研究

采用密度泛函方法计算了药物小分子5-氟尿嘧啶(5FU)在羟基化碳纳米管表面(CNTOH),N掺杂羟基化碳纳米管表面(NNTOH)以及在B掺杂碳纳米管(BNTOH)表面的吸附作用.结果显示,5FU在碳管上的吸附作用主要通过与碳管表面的羟基发生氢键作用.而氢键的强度和数量是决定配合物稳定性的关键因素.对碳管掺杂后,碳管的化学活性提高,有效提高了5FU在碳管上的吸附强度.因而,采用掺杂和引入基团的方法共同改性碳纳米管是有效提高碳纳米管基药物传送系统稳定性的有效途径.     

基板焙烧温度与合成时间对V形火焰法于不锈钢基板直接生长碳纳米管的影响

为了实现于锅炉中直接制备附着碳纳米管的各类构件,采用自主研发的V形火焰法,在不锈钢基板上直接快速生长碳纳米管。通过SEM、XRD谱和Raman光谱分析了基板预处理温度和合成时间对碳纳米管生长过程,并对不同条件下产物的形态、结晶度进行了分析。通过EDS分析了附着碳纳米管的基板元素含量变化。结果表明:通过调整基板的焙烧温度,能够控制基板上碳管的密度和质量;焙烧温度为500～600℃时产物的产量和质量最优。实验条件下,铁是促进碳纳米管生长的活性位点;碳纳米管的生长经过碳的溶解、扩散和析出的过程。2 min后碳管开始生长,7 min得到的碳管均匀覆盖于基板表面,管壁笔直,杂质少。可见,V形火焰法能够直接在经过焙烧的不锈钢板上生长碳管,且合成时间短、预处理过程简单,为批量生产附着碳纳米管构件提供了简单有效的途径。     

基板焙烧温度与合成时间对V型火焰法于不锈钢基板直接生长碳纳米管的影响

为了实现于锅炉中直接制备附着碳纳米管的各类构件,采用自主研发的V型火焰法,在不锈钢基板上直接快速生长碳纳米管。通过SEM、XRD谱和Raman光谱分析了基板预处理温度和合成时间对碳纳米管生长过程,并对不同条件下产物的形态、结晶度进行了分析;通过EDS分析了附着碳纳米管的基板元素含量变化。结果表明：通过调整基板的焙烧温度,能够控制基板上碳管的密度和质量,焙烧温度为500~600oC时产物的产量和质量最优;本实验条件下,铁是促进碳纳米管生长的活性位点;碳纳米管的生长经过碳的溶解、扩散和析出的过程,本实验条件下,2min后碳管开始生长,7min得到的碳管均匀覆盖于基板表面,管壁笔直,杂质少。可见,V型火焰法能够直接在经过焙烧的不锈钢板上生长碳管,且合成时间短,预处理过程简单,为批量生产附着碳纳米管构件提供了简单有效的途径。     

超顺排碳纳米管阵列、薄膜、长线——通向应用之路

碳纳米管阵列是一种通过自组织形成的有序碳纳米管集体,其中的碳纳米管垂直于基底排列起来.超顺排碳纳米管阵列是一种特殊的碳纳米管阵列,其独特之处在于可以直接抽出连续的碳纳米管薄膜.该碳管薄膜仅有几十纳米厚,既透明又导电,其中的碳管沿抽拉方向平行排列.如果让拉出的薄膜通过一挥发性溶剂,或者采用边拉边绞的方式,该碳管薄膜又可以收缩成长线.该收缩后的长线具有高的力学强度和杨氏模量,是电的良导体.这些连续的薄膜和长线,将纳米级的碳管变成宏观可操控的客体,将碳纳米管优异的物理化学性质带到各种宏观应用,打开了一条从纳米世界通向宏观应用之路.该文将介绍超顺排碳纳米管在宏观尺度的应用和基于超顺排碳纳米管的产品,如高分辨透射电子显微镜用碳纳米管微栅,透明柔性可拉伸的碳纳米管薄膜扬声器,碳纳米管触摸屏等.     

场发射用碳纳米管的研究

用直流电弧法制备出了可用于场发射的碳纳米管,其长度在0.5～1μm之间,管径约20～30nm,且大多数具有多层结构.研究发现,经超声分离的样品中有大量便于移植的一端封口的碳管.详细讨论了生长的工艺条件对碳管形貌的影响,给出了生长场发射用碳纳米管的优化工艺条件.     

碳纳米管/金属复合结构原子沉积机制及调控方法

利用分子动力学方法研究了两种典型金属原子在碳纳米管表面沉积的物理过程、结构形态及关键影响因素,并提出控制和改善金属原子对碳纳米管表面包覆能力的方法.结果表明,碳纳米管对金属的吸附作用和金属之间的聚合作用共同决定了金属在碳纳米管表面的沉积形态.为了使更多金属原子包覆碳纳米管,对于吸附能力强的金属,需要增加沉积过程的环境温度,而对于吸附能力弱的金属,则需要降低沉积过程的环境温度.与此同时,带电金属原子在沉积过程中能够有效促进吸附能力弱的金属原子对碳纳米管表面形成包覆.     

碳纳米管金属复合材料的合成及其吸波性能

通过乙炔催化裂解制得碳纳米管,采用浓硫酸和双氧水的混合溶液对碳纳米管进行表面羟基化修饰,利用化学镀使Pd、Co以及FePt金属纳米粒子成功地吸附在碳管表面,结果发现碳纳米管及其复合物均为介电损耗型介质,Co-碳纳米管复合物相比纯碳纳米管在高频区域有较强的宽范围吸收.     

“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定

2002年1月5日，我校朱长纯教授等完成的“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”通过了教育部组织的科技成果鉴定．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目是在纳米技术这一重大技术领域的背景下，对碳纳米管薄膜的生长和纯化工艺进行的深入研究，研制出了利用催化热解法生长和纯化碳纳米管薄膜及利用低压化学气象沉积法生长并优化碳纳米管薄膜的新工艺，为碳纳米管在多种领域的应用提供了技术手段，具有广阔的应用前景，达到世界领先水平．“纳米碳管薄膜新工艺技术研究”项目通过教育组织的科技成果鉴定     

高温加热单壁碳纳米管的分子动力学研究

运用紧束缚分子动力学方法,模拟了单壁碳纳米管(SWCNT)在真空中高温受热形变直至破裂的过程。为研究不同手性角对碳纳米管性能的影响,选取半径相近、长度相同的(5,5)扶手椅型碳纳米管和(9,0)锯齿型碳纳米管进行模拟,两者的手性角分别为30°和0°。结果表明,扶手椅型碳管比锯齿型碳管具有更好的热稳定性和耐高温性。(9,0)锯齿型碳管在4700 K左右就开始破裂,而(5,5)扶手椅型碳管在5400 K左右才开始破裂。另外在高温下扶手椅型碳管的端口比锯齿型碳管的更易封闭,这可能意味着它们具有不同的生长方式。封口有助于减少端口的悬挂健,降低体系的能量。     

超临界CO_2抗溶剂方法修饰碳纳米管

为增加碳纳米管与高分子材料的相容性,增强其在树脂共混体系中的稳定性,用超临界CO2抗溶剂沉积方法将PCL包覆到碳纳米管的表面,以阻止其分散后再次团聚,该方法对多壁碳纳米管和单壁碳纳米管均适用.探讨了CO2压力和PCL浓度与碳纳米管修饰效果之间的关系,为碳纳米管修饰提供了有效方法.     

硅纳米孔柱阵列上低温无催化剂生长碳纳米管

采用化学气相沉积的方法在硅纳米孔柱阵列衬底上无催化剂生长出碳纳米管.分别在新制备的和制备后再在常温下自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列衬底上进行无催化剂生长碳纳米管,结果发现新制备的硅纳米孔柱阵列表面没有碳纳米管长出,而自然氧化一周的硅纳米孔柱阵列表面有大量的碳纳米管出现.从硅纳米孔柱阵列的结构及表面氧化程度的不同加以分析,提出了无催化剂生长碳纳米管的生长机理,为在无金属催化剂条件下生长碳纳米管提供了一种新的方法.     

碳纳米管扭转引起的力学耦合效应

利用经典分子动力学方法,计算分析了单壁碳纳米管、双壁碳纳米管的扭转力学行为,结果表明,相同口径的双壁碳管,在长度一致的情况下,其扭转刚度与碳管结构关联很小.以锯齿型管为外壁的双壁管扭转时的轴向力使碳管伸长,而以其他类型管为外壁的双壁碳管扭转时轴向力使碳管收缩.这些结果对相关纳米器件的设计有重要意义.     

蓝宝石基底上高密度定向单壁碳纳米管阵列的控制生长

利用含3％（质量分数）水的乙醇为碳源,在A面（11-20）蓝宝石单晶表面合成了平行于[1．100]晶格方向的单壁碳纳米管阵列,并用AFM,SEM和Raman对其进行了表征．阵列中碳纳米管的结构完美、定向度高,密度在20根/μm左右．在生长过程中,保持基底表面干净是合成高密度定向阵列的关键,水在其中起到了关键的作用,同时,在基底表面被覆盖的区域,碳纳米管不再定向生长,利用此原理,实现了对阵列生长方向的局域调控．     

含碳纳米管悬浮液的稳定性

在水中加入碳纳米管制备了含碳纳米管悬浮液(纳米流体),研究了几种典型类型的表面活性剂:十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十六烷基三甲基溴化铵(HTAB)及乳化剂OP对纳米流体稳定性的影响,通过静置和离心分离等手段研究了其稳定性,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌进行了表征.结果显示,未加表面活性剂时碳纳米管不能均匀地分散到水中,而添加了表面活性剂的纳米流体的稳定性大幅度提高,能够稳定存在数月,而且表面活性剂质量浓度存在一个最佳值,此时纳米流体的稳定性最好.在3种表面活性剂中非离子型表面活性剂乳化剂OP作为分散剂时碳管纳米流体的稳定性最好.     

大口径单壁纳米碳管碰撞生长机制的研究

利用紧束缚分子动力学模拟方法，模拟了单壁碳纳米管与两个石墨烯片之间的碰撞过程，发现一定长度和宽度的两片石墨烯片与开口单壁纳米碳管的碰撞在一定的能量下会形成更大口径的两端口封闭的单壁纳米碳管．这可能也是一种大口径碳纳米管的生长机制．     

氧化热处理对不锈钢基碳纳米管结构及其电化学检测性能的影响

采用化学气相沉积法,以不锈钢基体中的Fe、Ni等成分为催化剂,直接在其表面生长碳纳米管并进行氧化热处理。采用场发射扫描电镜观察制备的碳纳米管形貌及尺寸,并采用接触角测量方法检测试样亲水性质,结合透射电镜、拉曼光谱和XPS检测分析氧化热处理引起的碳管形貌和特征差异,最后考察尿酸在碳纳米管电极上的电化学响应。结果表明,氧化热处理使碳纳米管平滑的表面变得粗糙,暴露出了更多的边平面结构,并且碳纳米管从疏水变为超亲水状态,使其在电化学反应过程中电极表面能够更好地与溶液中的物质接触,有利于材料电化学性能的提高;以经过氧化热处理的碳纳米管为电极,能够在大量抗坏血酸存在的条件下选择性地测定尿酸。     

单壁碳纳米管热稳定性的模拟研究

运用紧束缚近似分子动力学模型,模拟研究了各种单壁碳纳米管(SWCNTs)在300~4 000 K范围内的热稳定性.结果表明:手性碳管的热稳定性明显优于其它类型的碳管,半径相近的单臂管比锯齿管更稳定.在深入分析碳纳米管内碳键结构的基础上,进一步探讨了各种碳管的碳键从sp2向sp3转变的情况,利用键重构对碳管的热稳定性给出了理论解释;通过平均能量和温度的关系曲线分析,研究碳管热稳定性的变化.     

荷电对单壁碳纳米管稳定性的影响

采用基于密度泛函理论的DMol3程序对荷电的短开口单壁碳纳米管进行了结构优化计算. 结果表明, 体系的总能量随荷电量按抛物线规律变化, 体系的最高占据分子轨道能量随荷电量按线性规律变化, 碳管荷一定量负电荷时总能量最低, 碳管具有正的电子亲合势, 荷一定量负电荷的单壁碳纳米管比电中性的单壁碳纳米管结构更稳定. 荷电量较小时, 单壁碳纳米管的原子结构随荷电量的变化很小, 忽略碳管原子结构的变化仍能得到体系的总能量和最高占据分子轨道能量随荷电量变化的正确定性结果. 荷电量较大时, 开口单壁碳纳米管的端口原子结构首先受到影响, 形成喇叭口形状. 随着荷电量的增加, 碳管端口的原子结构将变得不稳定, 最终导致碳管原子结构的破坏.     

Fenton试剂改性单壁碳管的FTIR和Raman光谱研究

单壁碳纳米管SWNTS(single-walled carbon nanotubes)经焙烧和浓盐酸纯化处理后,使用Fenton试剂对碳管进行化学改性处理,研究羟基自由基(·OH)对碳管表面和结构的影响,并运用红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)进行了表征.FTIR结果表明,改性后碳管结构中主要引入羟基和羰基等含氧官能团;Raman光谱分析表明,随着处理时间的不断增加,单壁碳管D线和G线的强度之比即ID/IG的比值也不断增加.根据改性前后碳管的FTIR和Raman光谱变化,探讨了·OH与单壁碳管作用的可能机理.机理分析表明,这些含氧官能团可以看作是具有强亲电性和强氧化性的·OH对碳管上缺陷位置和不饱和键进行攻击的结果.