碳纳米管增强气凝胶隔热复合材料的性能研究

以碳纳米管为增强相,通过溶胶-凝胶和常压干燥制备出碳纳米管增强SiO2气凝胶隔热复合材料,对复合材料的形貌和微观结构进行了表征,测试了材料的红外透射率、有效导热系数及抗压强度.研究结果表明加入碳纳米管后气凝胶平均孔径略有减小、红外辐射遮挡效率提高,使碳纳米管增强气凝胶复合材料具有超级绝热性能;而且碳纳米管明显改善了气凝胶的抗压强度,如加入1wt%碳纳米管后气凝胶在10%形变下的抗压强度提高了1.7倍.     

卤素掺杂对多壁碳纳米管导电性能的影响

通过气体吸附,制备了掺氯、溴、碘的多壁碳纳米管材料.与未掺杂多壁碳纳米管(MWNTs)相比,掺氯MWNTs电导率提高到原来的5倍以上,掺溴MWNTs电导率提高到原来的3倍左右,掺碘对MWNTs电导率基本无影响.用拉曼光谱和X光电子能谱(XPS)分析研究了卤素和MWNTs间的相互作用.同时研究了载流子浓度和迁移率对复合材料电导率的影响,结果表明:卤素的电负性越强,掺杂后多壁碳纳米管的载流子平均自由程提高越多,载流子迁移率提高越大;卤素与MWNT s之间的相互作用越强,产生的载流子越多,掺杂后的MWNTs载流子浓度提高越大.     

碳纳米管/SiO_2气凝胶对水溶液中甲苯的吸附性能

以正硅酸乙酯(TEOS)为原料、氧化碳纳米管(CNTs-COOH)为添加物,采用溶胶–凝胶法,经表面改性、高温还原制备碳纳米管/SiO_2气凝胶(CS).通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、BET等进行表征,采用最佳比例的CS研究其对水溶液中甲苯的吸附性能.结果表明:掺杂3%,CNTs-COOH的CS(3%,CS)的松散堆密度为170,kg/m~3,比表面积、平均孔径分别为1,021,m~2/g、15.39,nm,对水溶液中甲苯的最大饱和吸附量为203,mg/g,且吸附过程符合Langmuir等温吸附模型.     

钴掺杂含氮碳气凝胶的制备及性能研究

以三聚氰胺、甲醛为原料,钴盐为金属前驱体,采用溶胶-凝胶法制备氮掺杂的有机气凝胶及含过渡金属的氮掺杂气凝胶,并通过高温炭化得到钴掺杂含氮碳氧还原电催化材料.在酸性介质中,通过旋转环盘电极研究金属复合的氮掺杂炭气凝胶的电化学氧还原活性.     

GPTMS对铽掺杂凝胶玻璃结构及性能的影响

采用原位合成技术,以二甲氧基硅烷(GPTMS)作为有机改性剂,用溶胶-凝胶法制备了3种稀土离子(Tb3+)掺杂的有机改性二氧化硅玻璃.测量了它们的发射光谱和红外光谱,探讨了不同有机改性剂含量及热处理温度对原位合成的稀土有机配合物掺杂二氧化硅凝胶玻璃的发光性能、热稳定性及机械性能的影响.结果表明:有机改性可以使凝胶玻璃结构致密,机械性能提高,但同时热稳定性降低;对于不同的稀土有机配合物掺杂体系,GPTMS使荧光增强的最佳摩尔分数也不同.最后确定了各种性能都较好的配方,为今后制备具有较强荧光的含铽的凝胶玻璃提供依据.     

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.     

镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

CdS纳米颗粒掺杂对ZnO气敏性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了CdS-ZnO复合纳米颗粒,通过把纳米颗粒旋涂在叉枝Au电极上,制得传感器元件来研究CdS纳米颗粒掺杂对ZnO气敏性能的影响.利用X射线衍射研究了CdS-ZnO纳米颗粒的相结构,研究表明当CdS含量为1%与3%时,ZnO纳米颗粒的结晶度相对较好.透射电镜研究表明:CdS掺杂后,ZnO颗粒仍处在纳米尺度范围,大小约为10 nm,同时小的纳米颗粒容易团聚在一起,形成大小约为200 nm的纳米球.通过对CdS-ZnO纳米颗粒传感器气敏性能的系统研究,发现当CdS纳米颗粒的含量为3%时,传感器在室温下对NH3气体的灵敏度和选择性较好,且重复性较好.最后初步讨论了CdS掺杂的ZnO气体传感器与NH3气体相互作用的气敏机理.     

交联改性对木薯淀粉气凝胶吸附性能的影响

以木薯淀粉为原料,通过交联改性制备木薯淀粉气凝胶,考察交联改性对木薯淀粉气凝胶吸附性能的影响.结果表明,改性前后的木薯淀粉气凝胶对亚甲基蓝的吸附均更符合准二级动力学模型;在等温吸附过程中,改性前后的木薯淀粉气凝胶对亚甲基蓝的吸附均较符合Langmuir模型,对亚甲基蓝的最大吸附量分别为103.01,166.92 mg/...     

原料配比对间苯二酚-甲醛气凝胶性能的影响

为获得较低热导率和较高强度的高性能隔热材料,通过常压干燥制备间苯二酚-甲醛(RF)气凝胶,研究了原料配比对气凝胶性能的影响规律。结果表明:催化剂浓度减小,气凝胶密度和收缩率减小,同时强度降低;反应物浓度减小,气凝胶密度和收缩率增大,强度也增大,但热导率降低。制备的气凝胶最大密度为0.847 1 g/cm~3,弯曲强度提高18.2倍(从1.22 MPa增至22.26 MPa),较佳热导率为0.058~0.076 W/(m·K)。     

石墨烯和碳纳米管对SiO2气凝胶负极材料的改性

为了缓解二氧化硅(SiO_2)负极材料的体积膨胀开裂,改善其电化学性能,通过溶胶-凝胶法制备出三维网状结构的SiO_2气凝胶纳米材料及其石墨烯改性材料(rGO/SiO_2)和碳纳米管改性材料(CNT/SiO_2),研究石墨烯和碳纳米管改性对SiO_2气凝胶负极材料的储锂性能影响.利用X射线衍射分析仪、光电子能谱仪和扫描电子显微镜进行表征.电化学性能研究表明,石墨烯和碳纳米管改性提高了SiO_2气凝胶负极材料的导电性、充放电比容量和库伦效率,其中CNT/SiO_2提升作用更加显著,循环稳定性能最好.因此,在减轻材料体积膨胀和结构开裂、粉化,增加SiO_2气凝胶负极材料的导电性方面,碳纳米管改性优于石墨烯改性.     

二氧化硅气凝胶的性能受热过程的影响

成功地以水玻璃为硅源,经乙醇溶剂替换及六甲基二硅醚和盐酸的混合液对SiO₂湿凝胶表面基团改性后,常压干燥制备出低密度、高比表面积、超疏水、低热导率的高性能SiO₂气凝胶块体.SiO₂气凝胶在室温至400℃附近具有稳定的疏水性能,460℃附近气凝胶由疏水型完全转变成亲水型.重点研究了室温至400℃之间,SiO₂气凝胶的微观结构和物理性能受热处理过程的影响.SiO₂气凝胶即使经过400℃高温热处理后,仍能保持优异的疏水性能、较高的比表面积和较低的热导率等.     

磷掺杂对单壁碳纳米管电子结构的影响

用基于密度泛函理论的第一性原理对掺P的单壁碳纳米管（SWCNT）进行以下方面的计算：几何形状结构和电子能带结构,杂质的形成能、总能量、态密度和能带结构.得出在不同管径的P掺杂SWCNT中,杂质的形成能随着管径的增大而增大,相同管径的SWCNT的总能量随着掺杂浓度的增大而减小,不同位置杂质P和它附近的C所形成的键角不同,进一步得到不同位置杂质产生的杂质能级的位置也不同,这可能由C—P—C键角的大小决定.从结果中还得到P原子以替位式掺杂形式掺入到碳纳米管中是可行的,而且掺P的SWCNT导电呈现出N型.     

硼掺杂对碳纳米管形貌和结构的影响

以Fe3O4纳米粒子为催化剂,CH4,B2H6和H2为气源,采用电子回旋共振微波等离子体化学气相沉积技术(ECR CVD)在多孔硅基底上制备出了掺硼碳纳米管薄膜·使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、能量色散X射线谱(EDX)和X射线光电子谱(XPS)对样品的形貌、结构及组分进行表征·结果表明:通入B2H6后,纳米管的形貌和结构均发生了变化·生长气氛中硼的存在使得高取向性密集碳纳米管转变为较为分散且取向性很差的纳米管·从中空结构转变为类竹节结构,同时多壁管外径增大,管壁增厚,表面变得粗糙,并导致纳米管的生长速度降低,长度减小·     

硼氮掺杂碳纳米管的电子输运性能

基于密度泛函理论的第一性原理,我们采用碳纳米管做电极,且纳米管一端与半个C60连接,两纳米管之间用烷链连接,构建了电子器件,通过在C60上进行硼氮掺杂,发现器件具有明显的整流效应.进一步研究了不同长度烷链的电子输运性能,发现选择合适的碳链长度,有利于提高器件的整流系数.     

碳纳米管/氧化石墨烯气凝胶的制备与表征

采用改进的Hummers法制备出氧化石墨烯(GO),再通过超声分散将实验室自制的改性碳纳米管(CNTs)与GO在水溶液均匀混合,通过冷冻干燥得到CNTs/GO气凝胶材料.采用扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD)对其形貌和结构进行表征,结果表明CNTs:GO的质量比为3:7时得到的气凝胶的孔隙最大且最均匀,适合做与聚合物材料复合的基体材料.     

碳纳米管的K掺杂

对碳纳米管掺杂特性的了解是控制其价电子的关键。研究发现：单壁碳纳米管进行K掺杂后，其电阻率和转折温度T^*（高于此温度后，dρ/dT的符号由负变为正）都会变小；其电阻会随着掺杂浓度的升高而单调下降，直至饱和。文章还对半导体和金属单壁碳纳米管的K掺杂行为通过光吸收谱进行了研究，另外把分子动力学用于了预测K掺杂单壁碳纳米管的结构。     

Al_2O_3掺杂对ZnO纳米粉体气敏性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了ZnO及掺铝ZnO纳米粉体.利用X射线粉末衍射仪、透射电镜对材料的结构进行了表征.结果表明制备的ZnO及掺铝ZnO纳米材料均属于六方晶系,纤锌矿结构.用纯ZnO和掺铝ZnO做成气敏元件,研究了不同掺杂量对材料的气敏性能的影响.结果表明,铝掺杂均使ZnO对体积分数30×10-6的Cl2的灵敏度有很大的提高,当铝含量为Al2O3/ZnO=0.5%(mol)时,对30×10-6Cl2的灵敏度最高可达800左右.并讨论了纳米氧化物的气敏机理.     

不同碳气凝胶导电剂对Li-MnO_2电池性能的影响

以间苯二酚、甲醛为前驱体,通过溶胶凝胶法,采用CO2超临界干燥、冷冻干燥、常压干燥制备碳气凝胶.采用N2低温吸脱附法、四探针法、扫描电镜对碳气凝胶的电导率、孔结构等进行考察,研究碳气凝胶作为导电剂材料对锂-二氧化锰电池大电流放电性能的影响.结果表明:不同干燥方法制备的碳气凝胶电阻率相近,比表面积差异较大,CO2超临界干燥制备的碳气凝胶比表面积最大(1 017.85 m2/g);以CO2超临界干燥制备的碳气凝胶为导电剂的电池放电比容量最大,100 m A恒流放电比容量达到101 m Ah/g,其放电平台比常压干燥的碳气凝胶高80 m V左右,1 m A恒流放电比容量则差异较小.结果显示碳气凝胶导电剂比商业乙炔黑导电剂性能更优.     

碳纳米管促进丙烯酸系水凝胶对染料吸附性能的研究

采用水溶液聚合法合成了碳纳米管水凝胶,与未添加碳纳米管的水凝胶同时进行了SEM分析和FTIR分析。选用碱性藏花红,结晶紫,孔雀石绿和亚甲基蓝四种染料,考察了两种水凝胶对四种染料的吸附能力及重复再生能力。实验结果表明,碳纳米管水凝胶与未加碳纳米管的水凝胶相比,对染料的吸附量有显著提高,多次再生后仍有较好吸附效果,可作为染料废水处理中一种良好的吸附剂。