游艇会碳纳米管及其应用     DATE: 2019-10-01 21:24

  ✔碳纳米管及其操纵_能源/化工_工程科技_专业原料。碳纳米管及其操纵 要紧实质 1. 碳纳米管的发掘 2. 碳纳米管的构造 3. 碳纳米管构造的表征 4. 碳纳米管的分娩方式 5. 奇特征子 6. 操纵远景 一、碳纳米管的发掘 碳纳米管(CN

  碳纳米管及其操纵 要紧实质 1. 碳纳米管的发掘 2. 碳纳米管的构造 3. 碳纳米管构造的表征 4. 碳纳米管的分娩方式 5. 奇特征子 6. 操纵远景 一、碳纳米管的发掘 碳纳米管(CNTs) 1991年,日本科学家饭岛(Iijima)发掘,正在《Nature》 发布著作《Helical microtubules of graphitic carbon》颁布了他的 发掘效果,这是碳的又一同素异型体。 二、碳纳米管的构造 1、按状态分 寻常封口型 变径型 洋葱型 海胆型 竹节型 念珠型 纺锤型 螺旋型 其他异型 二、碳纳米管的构造 2、按手性分 锯齿型 zigzag 非手性 achiral 碳 纳 米 管 手性 chiral 其他 扶椅型 armchai 二、碳纳米管的构造 3、依照石墨烯片的层数分 单壁碳纳米管 SWNTs 碳 纳 米 管 多壁碳纳米管 MWNTs 由一层石墨烯片构成。单壁 管典范的直径和长度分歧为 0.75~3nm和1~50μ m。又称 富勒管(Fullerenes tubes)。 含有多层石墨烯片。形势象 个同轴电缆。其层数从2~50 不等,层间距为0.34±0.01nm, 与石墨层间距 (0.34nm)相当。 多壁管的典范直径和长度分 别为2~30nm和0.1~50μm。 三、碳纳米管构造的表征 扫描地道显微镜 X射线衍射 孔构造及比表表积 电子衍射 拉曼光谱 四、碳纳米管的分娩方式 ? 石墨电弧法 ?化学气相重积法(CVD) ?激光蒸汽法 ?燃烧火焰法 四、碳纳米管的分娩方式 1、石墨电弧法 根本道理: 电弧室充惰性气体庇护,两石 墨棒电极迫近,拉起电弧,再 拉开,以保留电弧安谧。放电 历程中阳极温度相对阴极较高, 因而阳极石墨棒持续被破费, 同时正在石墨阴极上重积出含有 碳纳米管的产品。 理念的工艺前提:氦气为载气,气压 60—50Pa,电流60A~ 100A,电压19V~25 V,电极间距1 mm~4mm,产率50%。 Iijima平分娩出了半径约1 nm的单层碳管。 四、碳纳米管的分娩方式 2、化学气相重积法 化学气相重积法一名催化裂解法,其道理是通过烃类(如甲烷、 乙烯、烯和苯等)或含碳氧化物(如CO)正在催化剂的催化下裂 解而成。 化学气相重积法要紧用于多壁碳纳米管的造备,适合于多壁碳 纳米管的批量化加工。化学气相重积法的特性是操作简陋, 工 艺参数更易驾御、易于举办大领域分娩, 且产率高。目前,此 法具备了工业化的前提。 因为其造备的碳纳米管层数多, 弯曲, 含有很多杂质, 须要进 一步纯化, 且碳纳米管环绕成微米级大团, 还须要进一步举办 散漫惩罚。 四、碳纳米管的分娩方式 3、激光蒸汽法 应用激光束映照至含有金属的石墨靶上,将其蒸发,同时结 合必定的反映气体,正在基底和反映腔壁上重积出碳纳米管。 激光蒸汽法合成的单壁纳米碳管纯度高,但所用设置对比昂 贵,合成单壁纳米碳管的量极其有限且容易缠结,于是难以 引申。 四、碳纳米管的分娩方式 4、燃烧火焰法 应用液体(乙醇、甲醇等)、气体(乙炔、乙烯、甲烷等) 和固体(煤炭、柴炭)等发作火焰瓦解其碳-氢化合物得到游历 碳原子,为合成碳纳米管供给碳源;然后将基板资料做适应处 理,末了将基板的一边向下,面向火焰放入火焰中,燃烧一段 时期后取出。基板上的棕褐(黑)色既是碳纳米管或碳纳米纤 维。 发作碳纳米管或碳纳米纤维的历程要紧断定于基板的性子。 基板的抉择和惩罚、燃料的抉择等是本方式的环节技能。 便宜有:合成历程无需真空、庇护空气;无需催化剂;能够 正在大的表表上合成,分表适合于正在一个平面上酿成一层匀称的碳 纳米管或碳纳米纤维薄膜; 本钱较低,对境况的污染也特地幼。 能够完毕大量量合成。 五、碳纳米管的奇特征子 1、力学职能 碳纳米管的抗拉强度抵达50~200GPa, 是钢的100倍,密度却惟有钢的1/6,起码比常 规石墨纤维高一个数目级。它是最强的纤维, 正在强度与重量之比喻面,这种纤维是最理念的。 五、碳纳米管的奇特征子 2、电学职能 因为碳纳米管的构造与石墨的片层构造一致,因而具 有很好的电学职能。表面预测其导电职能取决于其管径和管 壁的螺旋角。当CNTs的管径大于6mm时,导电职能降落; 当管径幼于6mm时,CNTs能够被作为拥有杰出导电职能的 一维量子导线。 五、碳纳米管的奇特征子 3、热学职能 一维管拥有特地大的长径比,于是巨额热是沿着长度倾向 通报的,通过相宜的取向,这种管子能够合成高各向异性资料。 固然正在管轴平行倾向的热交流职能很高,但正在其笔直倾向的热 交流职能较低。纳米管的横向尺寸比大都正在室温至150℃电介 质的品德振动波长大一个量级,这使得弥散的纳米管正在撒播声 子界面的酿成中是有用的,同时消重了导热职能。适应摆列碳 纳米管可获得特地高的各向异性热传导资料。 五、碳纳米管的奇特征子 4、储氢职能 碳纳米管的中空构造,以及较石墨(0.335nm)略大的 层间距(0.343nm),是否拥有加倍杰出的储氢职能,也成 为科学家们合心的中心。 1997年,A. C. Dillon对单壁碳纳米管(SWNT)的储氢 职能做了钻探,SWNT正在0℃时,储氢量抵达了5%。 DeLuchi指出:一辆燃料机车行驶500km,破费约31kg 的氢气,以现有的油箱来算计,须要氢气储蓄的重量和体 积能量密度抵达65%和62kg/m3。 这两个结果大大扩展了人们对碳纳米管储氢操纵远景 的期望。 六、碳纳米管的操纵远景 碳纳米管也许的应用范畴 引自:曹风雷, 纳米管资料的化学粉饰及其导电性子的表面钻探, 2010, 中山大学. 六、碳纳米管的操纵远景 1、超等电容器 碳纳米管比表表积大、结晶度 高、导电性好,微孔巨细可通过合成 工艺加以驾御,是一种理念的电双层 电容器电极资料。因为碳纳米管拥有 怒放的多孔构造,并能正在与电解质的 接壤面酿成双电层,从而麇集巨额电 荷,功率密度可达8000W/kg。碳纳 米管超等电容器是已知的最大容量的 电容器。 六、碳纳米管的操纵远景 2、锂离子电池 碳纳米管的层间距为0.34nm,略大于石墨的层间距0.335nm,这有利于 Li+的嵌入与迁出,它迥殊的圆筒状构型不但可使Li+从表壁和内壁两方面嵌 入,又可预防因溶剂化Li+嵌入惹起的石墨层剥离而酿成负极资料的损坏。碳 纳米管掺杂石墨时可降低石墨负极的导电性,取消极化。 正在锂离子电池中插手碳纳米管,也可有用降低电池的储氢才干,从而大 大降低锂离子电池的职能。遵照尝试,多壁碳纳米管锂电池放电才干抵达 385 mA·h/g,单壁管则高达640mA·h/g,而石墨的表面放电极限为372 mA·h/g。 六、碳纳米管的操纵远景 3、碳纳米管复合资料 基于纳米碳管的杰出力学职能可将其举动构造复合资料的 巩固剂。钻探解释,环氧树脂和纳米碳管之间可酿成数百MPa 的界面强度。 除做构造复合资料的巩固剂表,纳米碳管还可做为性能增 强剂填充到荟萃物中,降低其导电性、散热才干等如:正在共轭 发光荟萃物中增加纳米碳管后,不只其导电率大大降低,强度 也获得了改观。同时,因为纳米碳管正在纳米标准散热,避免了 个别酿成的热堆集,可预防共轭荟萃物中链的断裂,从而贬抑 荟萃物的光褪色效力。 六、碳纳米管的操纵远景 4、电磁扰乱障蔽资料及隐形资料 碳纳米管是一种有出途的理念微波接收剂,可用于隐形资料、电 磁障蔽资料或暗室吸波资料。 碳纳米管对红表和电磁波有隐身效力的要紧原故有两点: 一方面因为纳米微粒尺寸远幼于红表及雷达波波长,所以纳米微 粒资料对这种波的透过率比惯例资料要强得多,这就大大节减波的反 射率,使得红表探测器和雷达接纳到的反射信号变得很轻微,从而达 到隐身的效力; 另一方面,纳米微粒资料的比表表积比惯例粗粉大3~4个数目级, 对红表光和电磁波的接收率也比惯例资料大得多,这就使得红表探测 器及雷达获得的反射信号强度大大消重,所以很难发掘被探测目的, 起到了隐身效力。因为发射到该资料表表的电磁波被接收,不发作反 射,所以而抵达隐形功效。 六、碳纳米管的操纵远景 5、催化剂载体 纳米资料比表表积大,表表原子比率大(约占总原子数的 50%),使编造的电子构造和晶体构造彰着转变,发挥出迥殊的电 子效应和表表效应。如气体通过碳纳米管的扩散速率为通过常 规催化剂颗粒 的上千倍,担载催化剂后极大降低催化剂的活性 和抉择性。 碳纳米管举动纳米资料家族的新成员,其迥殊的构造和表 面特征、优异的储氢才干和金属及半导体导电性,使其正在加氢、 脱氢和择型催化等反映中拥有很大的操纵潜力。碳纳米管一朝 正在催化上得到操纵,可望极大降低反映的活性和抉择性,发作巨 大的经济效益。

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