碳纳米管的制备研究

本文介绍了国内外碳纳米管(CNTS)最新研究进展，分析了制备碳纳米管所必需的3个关键条件：碳源、催化剂、能源；并分别研究了它们对碳纳米管生长的影响。通过碳纳米管的生长机理探讨了大规模制备碳纳米管的可行性。     

煤基碳纳米管的制备

碳纳米管是一类新型纳米炭，具有很多潜在的应用价值，用煤为碳源制备碳纳米管可以降低其成本，本文介绍了电弧放电法和等离子体法制备煤基碳纳米管研究情况，以及相应的煤基碳纳米管生长机制。     

火焰法制备碳纳米管研究进展

火焰法是近20年来兴起的一种新颖、高能效、低成本的碳纳米管制备方法。火焰法能同时提供制备碳纳米管所需的碳源和热源,具有大规模制备碳纳米管的潜力。由于火焰中环境极其复杂,控制火焰中碳纳米管的合成仍是巨大的挑战。本工作介绍了碳纳米管的结构及其性能,综述了扩散火焰(同轴扩散火焰、反扩散火焰和对冲扩散火焰)和预混火焰(单面滞止火焰和双面滞止火焰)制备碳纳米管的研究进展,并对碳纳米管的vapor–liquid–solid、顶部和底部及空心和实心生长机理作了简要阐述,介绍了本课题组基于甲烷/空气同轴射流火焰制备碳纳米管的研究进展。分析表明,金属镍起催化作用,催化剂颗粒包覆在碳纳米管内部,火焰合成的碳纳米管基于vapor–liquid–solid生长机制,碳纳米管直径为50~90 nm,平均直径为65 nm。对火焰法制备碳纳米管的发展方向进行了展望。     

纳米聚团床制备碳纳米管的生长机理

采用催化化学气相沉积法(CCVD)，在550~750℃温度范围内，于内径44 mm、高1000 mm的石英管纳米聚团床中制备了碳纳米管；通过SEM, TEM, TGA等多种分析手段对碳纳米管产品的形貌和质量进行了分析；把相同条件下的纳米聚团床法与前人固定催化剂法的结果进行了比较，并考察了纳米聚团床中反应条件对碳纳米管生长的影响；通过对电镜照片和反应转化率动态数据的深入分析，对纳米聚团床中碳纳米管生长机理的特殊性进行了初步探讨.     

化学气相沉积法碳纳米管的制备及性能研究

开发以煤气为碳源采用化学气相沉积法制备单壁碳纳米管，并对其作为超级电容器电极的电化学性能进行研究。通过电子扫描电镜、电子透射电镜、拉曼光谱以及X射线衍射等手段对产品的形态、结构及性质进行表征分析，并对单壁碳纳米管的生长机理进行讨论；分别通过循环伏安、恒压充放电实验对单壁碳纳米管电极进行电化学性能分析。     

煤基碳纳米管制备技术和生长机理研究进展

我国煤炭资源丰富,但现阶段以燃烧、热解和气化等为主的传统利用方式存在资源浪费、环境污染和经济效益低等问题,且我国以煤炭资源为主题的能源结构在短期内不会发生改变,因此,清洁、高效利用是新时期煤炭资源的立足点和首要任务。另一方面,碳纳米管因其独特的一维结构在力学、电学和热学等方面具有优异的特性,使其在复合材料、电子材料和能源材料等领域具有广泛的应用,但是碳纳米管制备成本偏高的问题较为突出,严重限制了其大规模的应用,现阶段急需开发新型、环境友好的碳纳米管制备技术。宏量、低成本的煤基碳纳米管制备技术可以同时较好地解决上述2个问题。笔者基于文献重点分析了反应原料、放电气氛和催化剂等因素对电弧放电法和等离子体射流法2种煤基直接制备碳纳米管技术的影响,讨论了原料种类、催化剂、反应温度、升温速率和反应气氛等因素对化学气相沉积法-煤基间接碳纳米管制备技术的影响过程。分析发现,在电弧放电法和等离子体射流法中,原料种类对碳纳米管产物的产量具有重要作用,放电气氛对碳纳米管产物的类型具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物产量和类型均具有重要影响;在化学气相沉积法中,原料种类对碳纳米管产物形貌、长径比和有序度等性质具有重要影响,催化剂对碳纳米管产物的生长过程具有重要影响,反应温度和升温速率对碳纳米管产物的管径变化和类型具有重要影响,反应气氛可改变催化剂的催化效果。此外,总结了煤基碳纳米管直接和间接制备技术中碳纳米管的生长机理的类型及特点:其中,直接制备技术中碳纳米管生长过程符合碎片式生长机理,而间接制备技术中碳纳米管生长过程可分为气-液-固(VLS)、气-固-固(VSS)、气相成核(VPN)和阶梯式等类型。分析认为应当深入开展以下工作:探究煤、煤热解气和商业煤气等廉价原料制备碳纳米管的过程,进而建立和完善原料与碳纳米管产物之间的关系体系;开发新型、高效的煤基碳纳米管催化剂制备技术;建立新的碳纳米管生长模型,进一步丰富和完善碳纳米管生长模型体系。     

乙醇裂解制备碳纳米管及其生长机理研究

以乙醇作为碳源,Mo-Co/C和Mo-Fe/C作为催化剂,采用化学气相沉积法,高温裂解乙醇制备碳纳米管.利用SEM和TEM对碳纳米管形貌和结构进行表征.结果表明:乙醇在催化剂Mo-Co/C和Mo-Fe/C裂解产生的碳纳米管遵循顶部生长机理.并建立了乙醇制备碳纳米管的生长模型.     

溶胶-凝胶法制备晶粒择优取向铁电薄膜的研究

本文综述了用溶胶－凝胶法制备择优取向铁电薄膜的工艺方法、特点和机理的最新研究进展；详细分析溶胶－凝胶法制备择优取向铁电薄膜的影响因素，探讨了晶粒择优取向生长的机理。     

碳纳米管的制备及其热稳定性和表面性质的研究

以石墨电极为原料用电弧法制备碳纳米管,考察了制备工艺条件对碳纳米管的影响。用SEM、HR-TEM、FT-IR和UV-Raman技术研究了碳纳米管材料的形态、结构和性质,采用热重技术考察了碳纳米管材料在惰性气氛中的稳定性,讨论了碳纳米管在电弧等离子体中的形成机理。     

铁基碳纳米管复合材料的制备研究

利用催化裂解法成功地制备了铁基碳纳米管复合材料,并研究了制备温度、丙酮流速对碳纳米管生长的影响规律。试验采用场发射扫描电子显微镜对样品进行了表征与分析。研究结果表明:丙酮流速对碳纳米管的生长有重要影响,碳纳米管的质量随丙酮流速的提高均呈现出先提高后降低的规律。当制备温度为700℃,丙酮流速为2 m L/min时,制得的铁基碳纳米管复合材料碳纳米管分布均匀、与基体结合良好,此试验条件下碳纳米管的生长为顶部生长机理。但铁基碳纳米管复合材料的韧性、可塑性等性能还有待于进一步研究。     

垂直碳纳米管阵列的生长控制研究进展

垂直碳纳米管（VACNT）阵列由于具有良好的排列、优异的导电导热能力、高比表面积、高纯度等优点而得到广泛应用。本文概述了用于碳纳米管阵列生长的热化学气相沉积（CVD）制备方法的最新进展,重点阐述了CVD法生长碳纳米管阵列的动力学与生长终止机理,指出CVD过程中的催化剂形貌演化是引发碳纳米管阵列生长停止的重要原因。介绍了人们通过生长条件控制与催化剂设计等方法调控碳纳米管阵列结构（包括管壁数、管径和密度）方面取得的进展,指出碳纳米管阵列的大批量制备及结构参数的精确调控是未来发展的 重点。     

工艺参数对浮游催化法制备碳纳米管的影响

采用浮游催化法喷雾进料技术制备碳纳米管。研究表明，工艺参数如催化剂含量、硫添加量和氢气流量对产物收率、形貌和微观结构有显著影响；低催化剂含量、合适的硫添加量和高氢气流量有利于较细直径碳纳爿管的生成。通过优化工艺参数可以制备出平均直径为35m的均匀纯净的碳纳米管。     

制备碳纳米管和碳洋葱所用催化剂研究进展

为借鉴定向生长碳纳米管的方法来实现碳洋葱尺寸可控的周期性阵列生长,基于碳纳米管和碳洋葱会相伴相随产生,文章对化学气相沉积法制备碳纳米管和碳洋葱所用催化剂进行了综述,并从二者的生长机理方面探讨了彼此之间的联系,阐明了借鉴定向生长碳纳米管的方法实现碳洋葱的周期性阵列生长的可行性。     

电弧法制备单壁碳纳米管的机理及进展

本文介绍了单壁碳纳米管的结构和性质,叙述了电弧法制备碳纳米管的方法与原理,及制备技术的发展和改进。     

碳纳米管/聚苯胺复合材料的原位合成及其形成机理

用竖式炉流动法，以二茂铁为催化剂，硫为助催化剂，苯为碳源通过催化裂解反应在1100～1200℃制备了直线形多壁碳纳米管，碳纳米管外径为20～50nm，内径10～30nm，长度50～1000μm。在碳纳米管表面原位合成了聚苯胺，制备出碳纳米管／聚苯胺一维纳米复合材料，复合材料的直径为50～60nm。X射线衍射及热重分析表明，原位合成的聚苯胺的结晶程度和热稳定性较高，聚苯胺在碳纳米管表面以枝晶状生长，探讨了聚苯胺在碳纳米管表面的形成机理。     

多孔氧化铝模板法制备取向碳纳米管阵列的研究进展

利用化学气相沉积技术在多孔氧化铝模板上可以制备取向碳纳米管阵列。通过调节阳极氧化参数可以改变模板的孔结构,进而可控制碳纳米管在孔道中生长的形貌。用这种方法制备的碳纳米管的直径、长度和密度可以选择性控制,这将有利于研究碳纳米管的性质和它在电化学及其他领域的应用。介绍了多孔氧化铝模板的形成原理以及碳纳米管在多孔氧化铝模板上的生长机理,讨论了阳极氧化条件、催化剂和气相沉积温度对碳纳米管特性的影响,并指出了这种技术中一些需深入研究的问题。     

碳纳米管的性质和制备方法

较全面地介绍了碳纳米管的性质，综述了近年来碳纳米管的制备方法，尤其是对电弧法和化学气相沉积法的进展进行了介绍。     

低速球磨对多壁碳纳米管球磨特性的影响研究

利用低速球磨机对催化化学气相沉积法制备的多壁碳纳米管进行了球磨。透射电子显微镜实验结果表明。低速球磨机球磨可以使多壁碳纳米管开口和变短，球磨5h后碳纳米管开口和变短效果已经很明显；球磨20h后，发现碳纳米管变短到出现明显的团聚现象。X射线衍射实验结果表明，球磨20h后仍为多壁碳纳米管，每一层碳管仍为规则的石墨化结构。     

火焰法制备CNTs基复合材料及其应用研究进展

火焰法制备CNTs及其复合材料具有可连续操作、成本低廉等优势，是一种极具应用潜力的制备技术。然而，火焰环境的复杂性造成产品结构和组成难以精确控制，在实际应用时不利于产品性能的调控和提升。本文首先介绍了火焰法的基本构型(扩散火焰和预混合火焰)，并结合燃料、催化剂和制备CNTs的结构说明了不同火焰法工艺的特点。随后简要说明了火焰环境中CNTs生长的一般过程，即吸附-扩散-沉积过程，结合这一基本过程介绍了顶部/底部生长机理、颗粒接触生长机理和异形(螺旋状、竹节状、空心/实心结构、分支结构等) CNTs的生长机理。在全面总结火焰法制备CNTs基复合材料在储能、催化、光热转化等领域应用的基础上，指出现有火焰法制备工艺存在可控性差、产品组成复杂等问题，在实际应用时不利于相关性能的调控。在未来研究中，持续改进和优化火焰法工艺，如采用混合式制备工艺或构建分段式燃烧器构型，对于提高工艺过程可控性并实现产品组成和结构的调控具有积极作用。     

碳纳米管/聚合物材料的技术及应用

碳纳米管被认为是一种性能优异的新型功能材料和结构材料,是一个兼具学术性、产业前沿性及未来实用性的领域,20余年的碳纳米管基础研究热潮使碳纳米管的结构基础、表征、生长机理与结构控制有了突飞猛进的发展,也为其大规模应用提供了技术准备。本文综述了碳纳米管／聚合物材料的技术、制备、应用,并展望了该领域的未来发展。