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。     

浮动催化裂解法制备碳纳米管的副产物

研究了浮动催化裂解法制备碳纳米管过程中所生成的副产物(碳纳米球、Y型连接碳纳米管和碳纳米管薄膜)的形态及成因,使用透射电子显微镜(TEM)及Raman光谱对产物进行了检测。结果表明,碳纳米球在石墨化后进一步转化为晶化程度较好的纳米晶球;Y型连接碳纳米管及碳纳米管薄膜的产生是由浮动催化法自身特点所决定的;通过控制工艺参数可以实现这些副产物的半连续制备。     

我国碳纳米管发展及应用

<正>碳纳米管又称巴基管(Carbon Nanotube),隶属于一种具有特殊结构(径向尺寸为2—20nm量级,轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口)的一维量子材料,主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。碳纳米管按石墨烯片层数可分为单壁碳纳米管     

工艺参数对碳纳米管定向薄膜生长的影响

为了生长出高质量的定向碳纳米管薄膜 ,研究了反应时间、反应温度等工艺参数对薄膜生长的影响。试验采用二甲苯为碳源 ,二茂铁为催化剂 ,在石英基底上催化裂解生长碳纳米管定向薄膜。通过扫描电子显微镜 (SEM)和透射电子显微镜 (TEM)观察表明 ,得到的薄膜是由定向性良好的多壁碳纳米管 (MWNTs)组成 ,管径为 2 0～ 5 0 nm。反应时间对定向生长的碳纳米管长度有决定性影响 ;随反应时间的增长 ,定向性更好。同时 ,较适合碳纳米管薄膜定向生长的反应温度区间为 10 5 3～ 1113K。而反应温度和反应时间对薄膜中碳纳米管的直径无明显影响。     

熔融法制备环氧功能化的碳纳米管

以三苯基膦(TPP)为催化剂,通过环氧基团和酸化碳纳米管上羧酸的酯化反应,将环氧树脂接枝到碳纳米管壁上,成功制备了环氧功能化碳纳米管.分别运用红外光谱(FTIR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)对环氧功能化的碳纳米管进行了表征.用滴定的方法研究了反应温度和不同的环氧树脂对碳纳米管的环氧功能化程度的影响.研究表明:环氧基团已经成功地接到碳纳米管上;与酸化的碳纳米管相比,环氧功能化碳纳米管表面已经被环氧树脂包覆,从而使得碳纳米管直径增加;温度升高有利于提高碳纳米管的环氧功能化程度,相对分子质量较小的环氧树脂的转化效率比相对分子质量大的要高.     

杂化效应诱导压缩应变碳纳米管能带结构研究

采用第一性原理对压缩应变下超小口径碳纳米管的带隙和能带结构展开研究。总能曲线显示(3,0)~(8,0)单壁碳纳米管在小于10%的小应变区展现弹性行为。能带结构的计算结果显示,超小口径的(3,0)、(4,0)、(5,0)、(6,0)碳纳米管能在较大的压缩应变(10%)下较好地保持金属性,而管径相对较大的(7,0)、(8,0)碳纳米管实现了半导体性到金属性的转变,表明超小口径碳纳米管在压缩应变下不同常规的大口径碳管的电学行为。进一步的分析表明,超小口径碳纳米管带隙的变化行为与传统大口径碳纳米管的不同结果主要来源于严重卷曲引发的σ-π杂化效应对费米能级附近带态的能量和性质产生剧烈的影响,进而说明基于传统碳纳米管的规律已不适用于超小口径碳纳米管。     

CO2氧化对阵列碳纳米管结构和性能的影响

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜,并通二氧化碳对其进行氧化。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)和X射线衍射仪(XRD)研究了CO2氧化后对阵列碳纳米管结构和性能的影响。结果表明,在相同条件下,随着通二氧化碳时间的增加,阵列碳纳米管的管壁被刻蚀得越来越薄,相应的碳纳米管的管径越来越小;在相同条件下,随着二氧化碳对碳纳米管氧化时间的增加,氧化后铁含量也增加,导致氧化后的阵列碳纳米管的磁性增强。     

填充氩后单壁碳纳米管的导热系数

采用平衡态分子动力学(EMD)模拟方法,计算了填充氩后的(10,10)型和(15,15)型的单壁碳纳米管分别在不同温度下的导热系数.研究了它们随温度的变化情况,并将其与相应的空的碳纳米管的导热系数进行比较,分析在相同温度下,充氩对碳纳米管导热系数的影响.模拟结果发现:在500~1 200 K的温度范围内,(10,10)型碳纳米管和(15,15)型碳纳米管在填充了氩后其导热系数值均随着温度的升高呈下降趋势,这与空的碳纳米管的导热系数随温度的变化关系相似;在相同温度下,这2种类型的碳纳米管在填充了氩后的导热系数值均比相应的空的碳纳米管的导热系数值明显高很多.     

碳纳米管在碳纤维纸上的生长研究

采用酞菁铁(FePc)作为碳源和催化剂源,利用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维纸(CFP)上生长碳纳米管(CNTs),从而制备了碳纳米管/碳纤维纸复合材料,并利用扫描电镜(SEM)测试、X射线衍射(XRD)测试、接触角测试、电导率测试和孔隙率测试等方法对其结构和性能进行了表征.结果表明,碳纳米管能在碳纤维纸表面生长;表面生长碳纳米管后,碳纤维纸的疏水性、孔隙率和电导率均有所提高.     

粉末活性炭与单壁碳纳米管对水中多氯联苯的吸附

多氯联苯(PCBs)有较强的憎水性,在水中的溶解度很小,主要以与天然有机物结合,或附着于颗粒物的形式存在。粉末活性炭(PAC)和单壁碳纳米管(SWCNTs)对非极性较强的有机物有较好的吸附去除效果。通过研究粉末活性炭和单壁碳纳米管表面的物理化学性质,并对比研究二者对水中多氯联苯的吸附效能,包括吸附动力学和吸附等温线以及对实验数据进行相应的吸附模型拟合可知,粉末活性炭和碳纳米管对PCBs均有较好的吸附效果。10 min时粉末活性炭对多氯联苯的吸附量可达平衡吸附量的75%以上;40 min时可达90%以上;100 min以后吸附基本达到平衡。10 min时单壁碳纳米管对多氯联苯的吸附量可达平衡吸附量的60%以上,40 min时可达90%以上,80 min以后吸附基本达到平衡。     

碳纳米管吸附还原溴酸盐研究

以单壁碳纳米管(single walled carbon nanotubes,SWCNTs)和多壁碳纳米管(multiwalled carbon nanotubes,MWCNTs)作为原料,经过硝酸处理后分别在800℃、950℃和1100℃下焙烧得到S-800、S-950、S-1100、M-800、M-950和M-1100系列吸附材料.测试其对饮用水中溴酸盐的吸附性能,结果发现反应48h后单壁碳纳米管对0.5mg·L~(-1)、1.0mg·L~(-1)和5.0mg·L~(-1)溴酸盐去除率高于多壁碳纳米管;随着焙烧温度升高,碳纳米管对溴酸盐的去除率显著增强.此外还发现,经过4次循环使用后碳纳米管去除溴酸盐的效率无明显降低.为了探讨碳纳米管对溴酸盐的吸附去除机制,对制备的材料进行了氮气吸脱附Brunauer-Emmett-Teller(BET)、Transmission electron microscopy(TEM)、X-ray diffraction(XRD)、Raman spectroscopy(Raman)、X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)、Zeta电位等性质表征.结果发现反应过后碳纳米管表面氧元素含量显著增加,通过不同温度焙烧得到的材料其等电点也有显著差异.     

Comparative studies of anode gas diffusion layers for direct methanol fuel cells

采用扫描电子显微镜(SEM)、汞注入孔隙计(MIP)和电化学方法考察了4种常用的阳极扩散层———碳布、碳纸、XC-72碳粉修饰的碳纸(以下简称XC-72)、碳纳米管扩散层———对直接甲醇燃料电池性能的影响.结果表明:碳纳米管扩散层在1 000~3 000nm具有丰富的孔径分布和最大孔隙率;碳纸和XC-72扩散层组装的单电池在大电流密度下分别由于孔径大不利于输水和孔径小不利于输气而使得电池性能较差;碳布扩散层组装的单电池虽然具有最大的甲醇扩散系数,但是由于其厚度问题使得性能稍差于碳纳米管扩散层电池.阳极极化结果也表明碳纳米管扩散层电池具有最小的甲醇传质阻力.因此碳纳米管扩散层组装的单电池具有最优性能,最大电流密度为460mA·cm-2,最大功率密度为110mW·cm-2.     

多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料的制备及表征

采用化学气相沉积法(CVD)制备多壁碳纳米管(MWNTs),并用酸纯化多壁碳纳米管(MWNTs).为了改进碳纳米管在聚合物中的性能,采用化学修饰法制备了多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWNTs/PAA)复合材料,并用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和红外光谱(FT-IR)对其进行了表征.实验结果表明,聚丙烯酸能均匀地包覆在碳纳米管表面,而且多壁碳纳米管/聚丙烯酸复合材料能很好地分散在水和苯丙乳液中.     

催化剂、基底对ECR-CVD法制备碳纳米管的影响

采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR CVD),CH4和H2为气源,分别以Fe3O4,Co纳米粒子及Fe(NO)3溶胶为催化剂在多孔硅基底上制备了碳纳米管;在Si(111)和石英基底上以Fe3O4纳米粒子为催化剂实现了碳纳米管的生长·使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对样品的形貌、尺寸及结构进行表征·讨论了催化剂和基底对碳纳米管形貌、密度和取向性的影响·结果表明:催化剂影响碳纳米管的成核密度和生长速度,基底通过影响催化剂的特性和分布均匀性,对碳纳米管的形貌和生长模式产生重要影响,以Fe3O4为催化剂在多孔硅上实现了碳纳米管的最优定向生长·     

Fe_2O_3分子与单壁碳纳米管之间相互作用的研究

文章采用密度泛函理论(DFT),研究了一个、两个Fe2O3分子在单壁碳纳米管(9,0),(10,0)和(14,0)内部的稳定结构和电子性质,获得了随着单壁碳纳米管直径的增加,结合能逐渐增大,而带隙却减小.且由于Fe2O3分子填充单壁碳纳米管内后两者之间发生了相互作用,使得电荷从单壁碳纳米管转移到了Fe2O3分子;与放入一个Fe2O3分子的单壁碳纳米管相比,放入两个Fe2O3分子时,分子和碳纳米管结合能更大,结构更稳定.     

树枝酞菁锌-单壁碳纳米管复合体系的合成

利用乙二胺对单壁碳纳米管进行氨基化修饰,进一步与四-[3,5-(二-4-羧基苯甲氧基)-苯甲氧基]锌酞菁发生酰基化反应.树枝酞菁锌-单壁碳纳米管化合物相对纯单壁碳纳米管能更好的溶解于有机溶剂二甲基甲酰胺中.通过紫外-可见吸收光谱和热重分析对所合成的树枝酞菁锌-单壁碳纳米管化合物进行了表征.本研究为碳纳米管在生物医学中的应用提供实验理论依据.     

聚丙烯/碳纳米管复合材料的结构与导电性能:注塑工艺与膨胀石墨的影响

获得高性能碳纳米管(MWCNT)增强聚合物复合材料的关键在于控制碳纳米管在聚合物基体中的分布与取向。传统的注塑成型工艺下,碳纳米管容易发生取向,其表面电阻率远远大于模压成型时的电阻率。本文通过调整注塑工艺改变剪切场实现对碳纳米管在基体中分布与取向的控制。结果表明:在低熔体温度和高注射速度下,碳纳米管局部取向,导电性能下降;而在高熔体温度和低注射速度下,碳纳米管分散良好,导电网络优良,聚丙烯/碳纳米管(PP/MWCNT)注塑制品的导电性能得到有效提升,其表面电阻率下降了约5个数量级。加入膨胀石墨(EG)有增强导电网络的作用,使PP/MWCNT/EG复合材料的导电网络更为完善,其导电性能进一步提高,尤其在低熔体温度和高注射速度下最为明显;随着EG含量的增加,PP/MWCNT/EG的表面电阻率下降了3个数量级。     

碳纳米管水性分散体的制备及其对水泥砂浆强度的影响

为了研究碳纳米管及其分散性对水泥砂浆性能的影响,分别采用聚乙烯毗咯烷酮(PVP)和十二烷基磺酸钠(SDBS)两种分散剂制备了不同浓度的碳纳米管水性分散体,探讨了不同碳纳米管水性分散体对水泥砂浆强度及微结构性能的影响.实验结果表明:分散剂对碳纳米管在水中的分散效果影响显著,与SDBS相比,采用PVP为分散剂的碳纳米管水性分散体分散性和稳定性更好;分散性良好的碳纳米管能改善水泥砂浆微结构,提高水泥砂浆的抗压、抗折强度,具有较好的增强效果,当碳纳米管掺量为0.5%时,水泥砂浆28 d抗折强度和抗压强度分别提高了49.4%和40.8%.     

化学气相沉积法制备碳纳米管及场发射性质的研究

讨论了化学气相沉积法制备碳纳米管的方法及过程,通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)发现制备的碳纳米管的外直径在30-100nm之间;在10-5Pa高真空的条件下测定了碳纳米管薄膜的场发射性质,并比较了样品的老炼过程对场发射性质的影响.     

单壁空位缺陷碳纳米管稳定性的分子动力学

采用分子动力学模拟研究了单壁空位缺陷碳纳米管的结构稳定性,结果表明,当空位缺陷低至6.25%时,碳纳米管比较稳定;当空位缺陷在6.25%~12.50%范围内,碳纳米管不稳定,出现局部熔化的现象;而空位缺陷大于16.67%时,碳纳米管会破裂蒸发而不再存在。研究还表明,碳纳米管中的空位缺陷对其结构有着极大的影响,而且少量的空位缺陷(10%左右)就可以使碳纳米管发生形变扭曲。在低于3 500 K时,空位缺陷对碳纳米管结构稳定性影响的主要因素是缺陷的多少,随着温度的变化并不显著。