一种可能的单壁碳纳米管成核机制

0 引言 单壁碳纳米管是当前科学研究的热点,虽然单壁碳纳米管的制备技术已有很大的进展,但人们对其生长机制却仍然了解甚少.单壁碳纳米管可以用电弧放电(arc discharge)[1],激光熔融(laser ablation)[2]和化学气相淀积(chemical vapour deposition)[3]等方法产生,与多壁碳纳米管制备方法最大的不同点在于单壁碳纳米管的形成必须使用催化剂.     

球体表面单壁碳纳米管/聚电解质层层自组装研究

通过经典的层层自组装方法将单壁碳纳米管组装在聚苯乙烯球体表面.实验过程中先通过原位聚合的方法分别制备带正电和负电的单壁碳纳米管/聚电解质的复合材料.在制备过程中选择温和的接枝方式从而最大程度地保留单壁碳纳米管的大π共轭体系和长度.测试结果表明在每一层的循环中有相同量的单壁碳纳米管吸附.对平面和球体上碳纳米管薄膜的生长机...     

单壁碳纳米管导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响

单壁碳纳米管具有极高的长径比和优异的电学与力学性能,在锂离子电池导电添加剂中有着良好的应用前景.针对单壁碳纳米管在电池浆料中分散性差的问题,利用Birch还原烷基化反应对单壁碳纳米管进行可控功能化修饰,制备兼具良好导电性与分散性的碳纳米管材料,并考察其作为导电添加剂对锂离子电池正极材料电化学性能的影响.结果表明,以经过3轮烷基功能化修饰的单壁碳纳米管为导电添加剂时,锂离子电池的循环性能与倍率性能均优于其他样品,在5 C的放电倍率下循环400圈后仍有110 mAh/g的比容量.     

碳纳米管对扭曲向列相液晶显示模式电-光性能的影响

选用单壁及多壁碳纳米管掺杂在液晶中制备了扭曲向列相液晶显示模式液晶盒,采用液晶综合参数测试仪研究了单壁及多壁碳纳米管对扭曲向列相液晶显示模式液晶盒的驱动电压、对比度及响应时间的影响. 结果表明:单壁及多壁碳纳米管的加入均能显著降低扭曲向列相液晶显示模式液晶盒的驱动电压,但对比度也有较大幅度的降低. 掺杂单壁碳纳米管的液晶盒的开态及关态响应时间均有一定程度的增加,而掺杂多壁碳纳米管的液晶盒关态响应时间基本上有所降低,开态响应时间没有明显的变化规律.     

填充原子的碳纳米管屈曲性能

利用分子动力学方法对填充铜原子的单壁碳纳米管进行了轴向压缩模拟计算, 并探讨了填充原子位置对完美的及含缺陷的碳纳米管屈曲性能的影响. 研究结果表明, 填充原子的位置对完美的碳纳米管的屈曲临界应变没有影响, 但影响发生屈曲变形的位置; 对于含单原子缺陷的单壁碳纳米管, 缺陷与填充原子相对位置的不同会显著影响碳纳米管的屈曲性能.     

碳纳米管的制备参数研究

研究了用阳极弧等离子体法高效制备单壁碳纳米管(CNTs).实验表明:催化剂种类和比例、缓冲气体种类和气压、弧电流强度等制备参数,对单壁碳纳米管的合成有较大影响.研究了这些参数对制备单壁碳纳米管的影响,并给出制备高质量单壁碳纳米管的最佳条件为氦气压6.0×104Pa,弧电流70A,催化剂比例Fe∶Co∶Ni=1∶1∶1,而且要有很好的冷却条件.     

前沿

<正>我国攻克单壁碳纳米管结构中国新材料研究再获世界级突破。北京大学借助一种自主研制的新型钨基合金催化剂,研究出单壁碳纳米管结构的可控制备方法。碳纳米管仅由一层碳原子环绕而成,拥有高出钢铁数百倍的拉伸强度以及许多异常的力学、电学     

单壁碳纳米管的超导电性

阐述了电弧法制备单壁碳纳米管以及在单壁碳纳米管内实现超导态的实验方法。对用电弧法制备碳纳米管的实验条件、实验过程和实验产物进行了讨论。此外，分析了用、接受诱导法”实现碳纳米管的超导电态的具体条件，即将单壁碳纳米管束或单个碳纳米管嵌放在两个超导电极之间，在一定的条件下，有可能在碳纳米管内诱导出超导电流，已有的实验显示碳纳米管内的超导电流的临界值较大，并表现出特殊的对温度和磁场的依赖性。“接近诱导法”打开了探索碳纳米管超导性质的大门。     

镍粒子在单壁碳纳米管生成中的催化机制

用CVD法制备单壁碳纳米管，一般加入镍金属颗粒作为催化剂，由于镍金属颗粒不同晶体表面对碳原子的吸附具有不同的活性，在制备单壁碳纳米管时，导致镍颗粒（液态）吸附的碳原子在其表面由活性小的晶面活性大的晶面扩散并沉积，结果围绕镍金属颗粒形成空腔，单壁碳纳米管得以生成，在单壁碳纳米管生长过程中，镍原子作为替位式原子，总是处在碳纳米管六角网络的最外端，起着缺陷稳定剂的并促进其生成，笔者阐述了镍金属颗粒催化剂的催化机制，并对单壁碳纳米管产物的形貌作了合理解释。     

单壁碳纳米管的制备和纯化研究

采用双金属Eu/Ni做为催化剂,用直流电弧放电法制备单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes, SWNTs),并对其进行了纯化处理.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对所得样品进行了表征.结果表明,以双金属Eu/Ni为催化剂与Y/Ni为催化剂合成的单壁碳纳米管直径分布相近,其中1.36 nm为直径的碳纳米管占多数.经纯化处理的单壁碳纳米管有较高的纯度.     

氮掺杂单壁碳纳米管结构的第一原理计算

利用第一原理, 通过密度泛函理论计算掺杂氮原子的单壁碳纳米管几种可能的几何结构. 研究表明, 含氮的锯齿型单壁碳纳米管比含氮的扶手椅型单壁碳纳米管的几何结构稳定; 在富含氮的单壁碳纳米管中, 径向形变比轴向形变明显, 并讨论了掺杂氮后碳纳米管中碳氮原子间的键合情况.      

氟掺杂对碳纳米管场发射特性的影响

首先建立有限长两端开口、一端封闭、两端封闭的(5,5)型单壁碳纳米管的分子模型,采用原子替代方法得到氟掺杂结构.在此基础上,利用基于局域密度泛函理论的第一原理方法对其进行几何结构优化,再计算其结合能、费米能级和电子态密度等,从而讨论氟掺杂对三种碳纳米管场发射特性的影响.计算结果表明,掺氟后三种碳纳米管的费米能级明显升高,其中一端封闭的单壁碳纳米管的费米能级成线性增大,两端封闭的单壁碳纳米管的费米能级升幅最大,且费米能级处的电子态密度较高,说明两端封闭和一端封闭的单壁碳纳米管经氟掺杂后比两端开口的单壁碳纳米管将在场发射上有着更好的应用前景.     

用浮动催化裂解法制取单壁碳纳米管

为寻找一种可以批量制备高质量、高产率单壁碳纳米管的方法 ,对浮动催化裂解碳氢化合物法制取单壁碳纳米管进行了研究。实验采用苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,氢气为载气 ,噻吩为添加剂。采用扫描电镜、透射电镜、高分辨透射电镜以及拉曼谱等方法对产物进行检测与评估 ,分析了参数对产物的影响。结果表明 ,裂解温度越高 ,越有利于单壁碳纳米管的生长 ;发现通过碳源和直接通入反应室的 H2 流量比为 1:2时 ,较利于单壁碳纳米管的生长。浮动催化裂解法制备出来的单壁碳纳米管直径约为 1nm,直径分布较均匀 ,并且可以半连续、低成本地生产     

单壁碳纳米管吸附甲烷的计算模拟

利用巨正则系综Monte Carlo(GCMC)方法模拟甲烷在单壁碳纳米管中的吸附。采用Lennard-Jones(LJ)势能公式计算流体分子之间的势能,分别使用Lennard-Jones(LJ)势能公式和积分法计算流体分子与碳原子之间的势能。模拟中,首先将流体分子与单壁碳纳米管之间势能的两种计算方法进行比较,结果表明由这两种方法计算的势能差别很小;其次模拟了参数分别为(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附等温线;然后基于有效储存率(usable capacity ratio,UCR)分析了(15,15)、(20,20)、(25,25)和(30,30)的单壁碳纳米管的吸附能力与压强的关系,并分析了单壁碳纳米管的直径对有效储存率的影响,得到了温度为300 K,一定压强下的最佳吸附性能的单壁碳纳米管参数。     

碳纳米管的抗弯刚度

通过对单壁碳纳米管的独特结构的仔细分析，运用分子力学方法，得到了单壁碳纳米管抗弯刚度的计算公式，其结果与目前公认的单壁碳纳米管的有效抗弯刚度吻合得很好．基于单壁碳纳米管的分析结果，提出了一种新的计算多壁碳纳米管抗弯刚度的方法，并推导了多壁碳纳米管的抗弯刚度公式．该公式能在极限条件下很好的还原为经典弹性力学中的抗弯刚度公式，并清楚地反映单壁碳纳米管抗弯刚度不能由经典弹性力学抗弯刚度公式计算的本质原因．结果很好地解释了多壁碳纳米管的屈曲波长与经典预言偏差很大的现象．     

单壁碳纳米管的提纯及拉曼光谱分析

详细地介绍了一种提纯单壁碳纳米管的方法,并利用拉曼光谱对纯化前后的单壁碳纳米管进行了分析,结果表明用这种方法能得到纯度较高的单壁碳纳米管.     

氮掺杂(10,0)单壁碳纳米管的电子结构

利用密度泛函第一原理研究不同氮掺杂方式(10,0)单壁碳纳米管的电子结构. 当氮原子取代碳纳米管中的碳原子时, (10,0)单壁碳纳米管转变为n型半导体. 当氮原子吸附在碳纳米管表面时, (10,0)单壁碳纳米管转变为p型半导体, 同时与吸附氮原子相连碳原子的p轨道上的小部分电子被激发至d轨道上.      

纳米管的第一性原理计算

基于Hartree-Fock和密度泛函理论(DFT)混合近似下的第一性原理计算,系列地研究了单壁碳纳米管(扶手椅管、锯齿管、手性管)和单壁氮化硼纳米管的杨氏模量、卷曲形变能以及电子能带结构.分析了单壁碳纳米管的管径、管型和能隙宽度对其杨氏模量理论计算值的影响,给出了纳米管管径和手性对卷曲形变能的影响.     

蒽甲醇修饰单壁碳纳米管的研究

利用蒽甲醇对单壁碳纳米管进行了化学修饰，并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析．通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现，吸附后的光谱强度下降大约57．1％，说明单壁碳纳米管吸附上了蒽甲醇．通过拉曼光谱分析发现，吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7cm^-1，认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附蒽甲醇前后状态的改变导致的．     

蒽甲醇修饰单壁碳纳米管的研究

利用蒽甲醇对单壁碳纳米管进行了化学修饰，并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、荧光光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析．通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱，发现吸附后的光谱强度约下降了57．1%左右，说明单壁碳纳米管吸附上了蒽甲醇．通过拉曼光谱分析，发现吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7cm^-1，分析认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附蒽甲醇前后状态的改变导致的。