单壁纳米碳管及管束的制备与表征

用阳极弧等离子体蒸发内含催化剂(Fe、Co、Ni)的石墨棒,合成单壁碳纳米管及管束,对产物进行热重分析、X射线衍射分析和Raman光谱分析等多方面表征.结果表明产物是结构缺陷少、纯度高、碳管直径均匀、准直、质量好的单壁纳米碳管及管束.给出阳极弧等离子体法制备高质量单壁碳纳米管的最佳条件为氦气压60 kPa,弧电流70 A,催化剂质量比w(Fe)∶w(Co)∶w(Ni)=1∶1∶1及良好的冷却条件.并计算出单壁纳米碳管的密度及杨氏模量随半径的变化关系.     

催化剂微观结构对单壁纳米碳管质量的影响

以甲烷为碳源、氢气作还原气,以醇溶液直接超临界干燥法制备的Fe2O3/Al2O3气凝胶为催化剂,在一定的温度条件下催化裂解甲烷,制备出高质量单壁纳米碳管.研究气凝胶催化剂微观结构与形貌对单壁纳米碳管质量的影响,采用FESEM,TEM,HRTEM,Ramam光谱对所得产物进行分析表征.结果表明,利用气凝胶制备的单壁纳米碳管质量较好,其直径分布为1.1～1.4 nm.     

纳米碳管/水泥基复合材料的阻尼及力学性能

以水泥为基体、多壁纳米碳管为增强组分,采用表面活性剂超声分散法,浇注成型制备了5组多壁纳米碳管/水泥阻尼自增强复合材料(FRCs)。在一弹性自由支撑体系中采用锤击自由衰减法初步探讨了FRCs的阻尼性能,随后采用三点弯曲法测试了FRCs的抗弯折强度,并对其阻尼及力学增强的微观机理进行了探讨。结果表明：相比于参比试件,掺有纳米碳管的FRCs试件的阻尼比及抗弯折强度均得到一定的提高,增幅分别达24.5%、35.98%。FRCs表现出较好的耗能及增韧能力主要归因于硅灰的微填充与界面效应和多壁纳米碳管的微纳米填充桥联、相互界面层间内摩擦及弹塑性波动效应。     

碳包覆粒子的制备与表征

通过热处理在多壁纳米碳管上负载2种金属氧化物颗粒,以其为催化剂,用化学气相沉积法制备碳包覆金属粒子,并利用XRD、TEM、FESEM和EDS对催化剂和产物的物相组成、形貌和结构进行表征.结果表明, 金属氧化物颗粒均匀地负载于纳米碳管的管壁上,所制备的碳包覆金属粒子粒径较为均匀, 具有明显的核-壳结构.     

酸处理对多壁纳米碳管形态的影响

文中研究了酸处理对多壁纳米碳管形态的影响。分别用浓硝酸及浓硫酸和浓硝酸混合酸对未经石墨化多壁纳米碳管(MWCNTs)和石墨化多壁纳米碳管(MWGNTs)进行处理,讨论了不同处理时间,不同酸体系对不同碳管的处理效果,并采用TEM对其进行形态分析。结果发现,用硝酸长时间处理MWCNTs使纳米碳管发生短切,长径比变小,并且侧壁被整层剥离,管壁变薄;硝酸对MWGNTs的短切与剥离现象不明显。硝酸和硫酸的混合酸在0.5h内就可以将MWCNTs氧化殆尽,而使MWGNTs氧化殆尽则需要2h。在短切过程伴随着可以将多壁纳米碳管的管壁整层剥离的现象,用硝酸处理MWCNTs时该现象比较明显,处理MWGNTs时效果不明显;而混酸的氧化速度太快,处理两种多壁纳米碳管过程中的短切与剥离现象均不明显。     

糊精及聚乙二醇水溶液放电制备洋葱状富勒烯

考察了不同有机介质对制备碳纳米材料的影响,以糊精(C6H10O5)水溶液为放电介质,石墨做电极,成功制备了纳米洋葱状富勒烯(Onion-like Fullerenes:OLFs)和多壁碳纳米管.利用场发射扫描电子显微镜,高分辨透射电镜和X-射线衍射对所得产物进行了表征.结果表明:OLFs和多壁碳纳米管富含在阴极沉积物中且形貌规则,石墨化程度高;漂浮在糊精溶液表面的产物中没有OLFs和碳管的生成.以聚乙二醇水溶液为放电介质,未发现洋葱状富勒烯,但有大量的碳管和碳球存在,研究表明利用无毒有机介质水溶液制备碳纳米材料是可行的.     

层间耦合对多壁纳米碳管光学特性影响的研究

研究了耦合效应对多壁纳米碳管非线性光致发光的影响.采用π 轨道紧束缚模型,从理论上得到了层间耦合会减小多壁碳纳米管的带隙和电子跃迁几率.从而说明了多壁碳纳米管的荧光很难观察到的原因.     

多壁纳米碳管修饰电极的制备及表征

报道了一种多壁纳米碳管修饰电极的制备方法并表征了它的电化学特性.经酸处理后的纳米碳管表面有碳酸根基团存在,当它被修饰到电极表面时会产生一对氧化还原峰.该修饰电极对发生在它表面上的电极反应具有明显的促进作用;对生物物质多巴胺的氧化还原具有稳定的电催化作用.     

多壁纳米碳管溶胶的制备及对阳离子染料耐尔蓝的吸附

用加热多壁碳管与浓硝酸混合物的方法制备了可溶性的多壁碳管.在超声作用的帮助下可以把这种酸处理的多壁碳管分散在水中形成一种黑色的水溶胶.此水溶胶可以与阳离子染料耐尔蓝发生相互作用,紫外和荧光光谱的变化表明这种作用的结果是耐尔蓝吸附于胶粒表面;进而导致溶胶出现共聚现象,并且用电化学方法表征了共聚物.实验结果显示耐尔蓝通过静电作用和疏水作用吸附于多壁碳管胶粒表面.     

催化热分解法纳米碳管的制备与提纯

通过催化热分解法制备了多壁纳米碳管,研究了制备纳米碳管的最佳实验条件·对制备的纳米碳管进行了提纯实验·应用X射线衍射、透射电镜对自制的原料纳米碳粉进行了粒度测定、形貌观察·纳米碳粉为球形颗粒,粒度为50～80nm·应用透射电镜对纳米碳管进行了形貌观察,纳米碳管为定向生长,直径在20～30nm之间·在1000℃,1.5h时,得到了较高收率,纯净的碳纳米管·     

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.      

单壁碳纳米管中受限水的热容及饱和含水量

单壁碳纳米管纳米级的管径使其成为一种准一维的容器．用示差扫描量热的方法对受限于单壁碳纳米管中水的热容进行研究,结果显示,受限水的热容．温度曲线在所测量的温度范围内并未出现熔融峰,并且相比于同温度下的本体水,单壁碳纳米管中受限水的热容有反常的降低．红外光谱显示,单壁碳纳米管内水的氢键强度相对本体水变弱．结合红外结果可知,受限水热容反常降低的现象是因为氢键强度的下降,导致构象对热容的贡献减少．通过对溢出部分水的焓值计算可知,单壁碳纳米管内受限水含量质量分数上限为16％．简化模型预测的单壁碳纳米管理论含水量比实际含水量质量分数高出2％左右．     

复合导电剂在超细炭微球超级电容器中的应用研究

导电剂能否在电极材料中形成良好的导电网络是影响超级电容器性能的关键因素之一. 以改进St?ber法合成了高比表面积且具有多级孔结构的超细空心炭微球,以其为电极材料,对比研究了碳纳米管/炭黑复合导电剂与单一导电剂对基于超细空心炭微球超级电容器性能的影响. 研究发现,在0.2 A/g的电流密度下,采用复合导电剂时其比电容为205.7 F/g,远高于单一导电剂时的比电容. 尤其在100 A/g的大电流密度下,采用复合导电剂时的比电容高达104.0 F/g,相比炭黑导电剂提高了275%. 分析表明,纤维状的碳纳米管和炭黑可在本身易团聚的超细空心炭微球中形成点-线协同作用的导电网络,这是提升超级电容器性能的主要原因.      

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。     

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。     

Different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes

In this work, different effects of substrates on the morphologies of single-walled carbon nanotubes （SWNTs） are studied. SWNTs were produced by floating catalytic chemical vapor deposition using CH4 as carbon source gas and Ar as carrier gas. Then the SWNTs were deposited on lithography-patterned different substrates. The as-grown SWNTs at the boundaries between SiO2 and metal were characterized by scanning electron microscopy, atomic force spectroscopy and Raman spectroscopy. It is found that SWNTs deposited on low-conductivity substrates trend to have curved morphologies and some of them form rings, while SWNTs deposited on metal sub- strates remain straight and orientated. The mechanism of these effects was also discussed, which is closely related to the thermal conductivities and the principle of energy dissipation.     

碳纳米管的拉曼光谱定量分析研究

拉曼光谱分析技术具有对样品无破坏、用量少等独特优点．本文用拉曼光谱技术对碳纳米管进行研究，获得了高质量的单壁碳纳米管拉曼谱．并通过单壁碳纳米管的“G”峰和聚苯乙烯拉曼特征峰的积分强度的变化，对不同组分的单壁碳纳米管／聚苯乙烯复合物进行了定量成分分析．实验结果表明，拉曼光谱技术的分析结果同该复合物的原始配比一致．     

甲基修饰单壁碳纳米管的几何结构、束缚能和电子结构

采用brenner经验势通过计算甲基吸附在碳纳米管上吸附能的方法找到了甲基修饰单壁碳纳米管最稳定的几何结构，并且发现甲基吸附在单壁碳纳米管上吸附能随着碳纳米管的直径的增加而减少，最后运用从密度泛函紧束缚方法计算了甲基修饰碳纳米管的电子态密度，发现当甲基修饰碳纳米管后，碳纳米管在费米能级附近出现局域态，改变了碳纳米管的光电特性，因此，甲基修饰的单壁碳纳米管有可能成为制造纳米发光元器件重要原材料之一．     

Superplastic carbon nanotubes

The theoretical maximum tensile strain--that is, elongation--of a single-walled carbon nanotube is almost 20%, but in practice only 6% is achieved. Here we show that, at high temperatures, individual single-walled carbon nanotubes can undergo superplastic deformation, becoming nearly 280% longer and 15 times narrower before breaking. This superplastic deformation is the result of the nucleation and motion of kinks in the structure, and could prove useful in helping to strengthen and toughen ceramics and other nanocomposites at high temperatures.     

纯化单层碳纳米管的正交实验法

利用正交实验法来进行最佳实验条件的确定,得到纯化单层碳纳米管的最佳条件为:焙烧的时间为45min,离心的速度为12000r/min,时间为45min,超声时间为45min.