碳纤维表面生长碳纳米管技术研究进展

介绍了碳纤维(CF)表面生长碳纳米管(CNTs)的制备方法研究情况,综述了沉积温度、沉积时间、碳源气体等因素对CNTs形态结构的影响,阐述了以CF为基底CNTs的生长机理及CNTs-CF复合增强材料的增强机制,展望了CNTs-CF复合增强材料的应用前景。     

大尺寸陶瓷膜原子层沉积过程的CFD模拟

陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、强度高等优点,在液体分离领域得到了广泛应用。对陶瓷膜进行表面改性,可进一步提升其性能,但基于表面化学反应的改性方法工艺过程复杂,难于控制。原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)是基于表面自限制化学反应过程的气固相薄膜沉积技术,可以在纳米尺度精确调控孔道结构,特别适用于多孔分离膜的改性和功能化。目前尚无适用于大尺寸陶瓷膜的ALD设备,需要对ALD过程进行专门的优化设计。通过CFD模型对1 m长的单通道陶瓷膜的ALD过程进行了研究,在数学模型中考虑了两种气体源交替进入腔体中所引发不同的表面反应,并考虑了脉冲边界的影响。模拟计算结果与实验比较平均相对误差为1.69%。在数值模拟的基础上,提出了双向交替旋转脉冲的ALD模式,为陶瓷膜的ALD沉积改性的装备设计和过程优化提供了理论依据。     

大尺寸陶瓷膜原子层沉积过程的CFD模拟

陶瓷膜具有耐高温、耐酸碱、强度高等优点,在液体分离领域得到了广泛应用。对陶瓷膜进行表面改性,可进一步提升其性能,但基于表面化学反应的改性方法工艺过程复杂,难于控制。原子层沉积（atomic layer deposition,ALD）是基于表面自限制化学反应过程的气固相薄膜沉积技术,可以在纳米尺度精确调控孔道结构,特别适用于多孔分离膜的改性和功能化。目前尚无适用于大尺寸陶瓷膜的ALD设备,需要对ALD过程进行专门的优化设计。通过CFD模型对1 m长的单通道陶瓷膜的ALD过程进行了研究,在数学模型中考虑了两种气体源交替进入腔体中所引发不同的表面反应,并考虑了脉冲边界的影响。模拟计算结果与实验比较平均相对误差为1.69%。在数值模拟的基础上,提出了双向交替旋转脉冲的ALD模式,为陶瓷膜的ALD沉积改性的装备设计和过程优化提供了理论依据。     

碳纳米管的化学镀镍及其复合微管的电磁性

利用化学镀的方法成功在碳纳米管(CNTs)表面沉积一层磁性金属镍,制备了镍包覆CNTs结构的复合微管。TEM和XPS分析表明通过调控反应条件可使CNTs被镍均匀包覆。XRD的结果证实了沉积在CNTs表面的镍为面心立方晶体。采用四探针测试仪和振动样品磁强计表征了镀镍碳纳米管的导电性和磁性能,结果表明该复合物兼具导电性和磁性能。这进一步拓展了碳纳米管的应用范围。     

表面活性剂应用于碳纳米管分散处理的研究现状

由于碳纳米管(CNTs)的强分子间作用力使得在水溶液和其他体系中确保其具有良好分散性一直是一个挑战,致使CNTs复合材料功能化和可靠性的进展要求探索出完善的处理工艺,以发挥其优异的机械、电学、磁学和光学性能。而表面活性剂对CNTs结构的非共价化学修饰能确保处理后的CNTs结构的完整性,从而成为广泛使用的分散剂。本文综述了各种表面活性剂处理CNTs的应用研究,并分析了其分散机理,同时也总结了近来利用表面功能化分散CNTs的一些双亲分散剂的应用研究。在此基础上给出表面活性剂应用于分散CNTs的研究方向,并为今后的研究提供一些建议。     

CNTs/Ni-W/CC复合电极的构筑及电解水析氢催化性能

在碳布材料(CC)表面首先电沉积W原子分数约为13％的Ni-W合金,再通过化学气相沉积(CVD)在其表面生长碳纳米管(CNTs),构筑出一种自支撑CNTs/Ni-W/CC复合电极.电化学测试表明:该复合电极在1 mol/L NaOH水溶液中表现出良好的电解水析氢(HER)催化性能.在不同温度下保温2 h所获样品中,90...     

碳纳米管的功能化及其在环氧树脂中的应用研究进展

介绍了碳纳米管(CNTs)的功能化方法,包括化学功能化、物理功能化和混杂功能化,并从力学性能、热性能、电性能等方面综述了近几年功能化CNTs在环氧树脂基复合材料中的应用研究进展情况。     

ZnO/碳纳米管复合光催化材料对抗生素的光催化降解

采用溶胶法合成了ZnO/碳纳米管复合光催化材料,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等手段对复合催化剂进行了表征。以氙灯(250～800 nm)为光源,盐酸四环素为降解对象,评价样品的光催化活性。比较ZnO/CNTs复合材料和纯ZnO对抗生素的降解能力,并考察光催化剂的重复利用能力。结果表明,通过溶胶法得到了在碳纳米管表面均匀、致密包覆ZnO颗粒的复合材料。由于ZnO/CNTs材料良好的吸附性能,其光催化活性高于纯ZnO,在300 W氙灯光源下反应2 h,对盐酸四环素的降解率达82.38%,同时复合材料显示了抑制ZnO光蚀的能力。     

超级电容器碳纳米管与二氧化锰复合电极材料的研究

以碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)为基体材料,采用浓硝酸和浓硫酸的混合液对其进行回流,将CNTs的端帽打开并进行表面改性,通过液相反应在经过回流处理的CNTs上沉积MnO2,制备CNTs／MnO2复合电极材料。利用透射电镜、红外光谱、循环伏安和恒流充放电测试对复合电极材料进行分析,研究MnO2沉积和回流处理对CNTs超级电容器性能的影响。结果表明：基于CNTs／MnO2复合电极材料的超级电容器具有比容高、能量密度高、可逆性好和寿命长等特点。MnO2的质量分数(下同)为65％时,其比容可达134 F／g;MnO2不超过50％时,电容器保持良好的功率特性。通过回流处理不仅产生了大量的电活性官能团,而且CNTs的内表面也被充分利用而形成双电层。     

在金刚石薄膜上生长微米／纳米结构氧化锌

金刚石是非常重要的宽禁带半导体材料,n-型氧化锌与p-型金刚石的结合成为半导体研究的热点.该研究实现了金刚石薄膜上生长六角纤锌矿结构氧化锌(ZnO)微米/纳米结构.生长初期或ZnO饱和蒸气压较低时,ZnO晶粒多沉积在金刚石薄膜的晶界和棱边处,随着沉积时间的增加或反应气氛中气态ZnO浓度的增加,会有大量微米/纳米结构的ZnO生成,并覆盖整个金刚石薄膜表面.对ZnO在金刚石薄膜表面生长机制及反应气氛对金刚石的钝化作用进行了分析.     

Pt/CNTs金属纳米催化剂的制备及对甲醇的电催化氧化

采用混酸(HNO3-H2SO4)浸泡法对碳纳米管(CNTs)进行表面功能化,以氯铂酸(H2PtCl6·6H2O)为前躯体,通过液相化学还原法快速合成了Pt/CNTs纳米催化剂(负载Pt的质量分数为20%)。透射电镜(TEM)观察表明,该法合成的Pt纳米粒子粒径小且尺寸分布窄,Pt纳米粒子高度分散在CNTs的表面,其平均粒径为4.5 nm,与XRD表征所计算的平均粒径相符合(4.46 nm)。电化学实验表明,该法合成的Pt/CNTs催化剂比商业Pt/CNTs催化剂对甲醇的电化学催化活性要高。     

Mn-FeOx/PDOPA@CNTs催化剂的原位制备及低温脱硝性能

利用聚多巴胺(PDOPA)对碳纳米管(CNTs)进行温和改性,赋予CNTs二次功能化平台.结合高锰酸钾与氯化铁间的氧化还原反应及聚多巴胺上邻苯二酚官能团对阳离子的吸附作用,实现活性组分在CNTs表面的原位负载,得到低温脱硝活性优良的Mn-FeOx/PDOPA@CNTs催化剂.当(Mn+ Fe)/CNTs =0.07时(...     

原子层沉积技术选择性修饰Mo/HZSM-5对甲烷无氧芳构化反应的影响

利用原子层沉积(ALD)技术选择性沉积SiO_2于Mo/HZSM-5催化剂外表面,制备一系列硅修饰的Mo/HZSM-5催化剂,并考察其催化甲烷无氧芳构化反应的性能。通过XRD、NH_3-TPD、BET、XPS、TEM等表征手段对其进行表征,结果发现,ALD沉积二氧化硅于Mo/HZSM-5后,SiO_2主要沉积于催化剂外表面,催化剂中强酸含量下降,提高了催化剂催化甲烷无氧芳构化性能。     

膨胀珍珠岩负载碳纳米管膜的表征及其对甲苯吸附性能初探

为了解决传统颗粒型吸附剂压降过大,传质效率低等问题,采用化学气相沉积法(CVD),以樟脑为前驱体在膨胀珍珠岩表面成功合成了碳纳米管(CNT)膜,构成了具有梯度多孔结构的膨胀珍珠岩碳纳米管膜(CNTs/Perlite)复合材料。结果表明,当生长温度和时间分别为800℃和40 min,樟脑用量为2 g时,合成的CNT生长密度高、热稳定性强、表面缺陷结构少。同时系统研究了甲苯在不同CNT与CNTs/Perlite比例下构成的结构化床层上的吸附透过行为。结果表明,结构化固定床层(1.5 cm CNT+0.5 cm CNTs/Perlite)的无效床层厚度由1.028降低为0.984 cm,床层利用率从48.6%提高为50.8%,传质速率k’从0.041 6提高到0.059 6 min^-1。作为一种梯度孔结构材料,膨胀珍珠岩碳纳米管膜能够显著降低床层阻力,提高传质速率,为工业应用提供了一种新思路。     

超高相对分子质量聚乙烯/碳纳米管复合纤维的制备

利用冻胶纺丝的方法制备了超高相对分子质量聚乙烯／碳纳米管(UHMWPE／CNTs)复合纤维,以高锰酸钾和硫酸为氧化剂对CNTs进行纯化处理,用DNZ-201钛酸酯对纯化处理后的CNTs进行功能化处理。采用TEM、SEM和FTIR对CNTs的形态、基团变化和CNTs在UHMWPE中的分散情况进行测试。结果表明,该氧化剂对CNTs的纯化有良好的效果,可以除去大部分附在CNTs上的杂质,产生了有利于功能化的有机基团;SEM和TEM测试结果表明,功能化处理后CNTs可以较为均匀地分散在UHMWPE基体中,没有出现明显的CNTs的团聚现象,而且使UHMWPE大分子排列趋于规整。     

聚乙二醇/碳纳米管复合多孔凝胶的合成与表征

将定向冰晶模板致孔技术引入到冰冻聚合过程当中,制备出具有取向性孔结构的聚乙二醇(PEG)多孔凝胶。在凝胶内表面的孔壁上吸附沉积一层致密的碳纳米管(CNTs),得到一种特殊的PEG/CNTs复合多孔凝胶。通过对PEG凝胶的共聚改性,可以使得吸附的CNTs层更加均匀、致密,沉积的CNTs的含量达到1.0%(wt),而未经改性的PEG凝胶只能吸附约0.08%(wt)的CNTs。该复合凝胶在干燥状态下的导电率为1.5×10-1 S·m-1,比相同CNTs含量下,用常规原位聚合方法制备的CNTs复合凝胶的导电率(2.7×10-4 S·m-1)高出3个数量级;比用相同聚合方法制备的未经过改性的复合凝胶(2.9×10-4 S.m-1)也要高出3个数量级。该复合凝胶在充分溶胀状态下的导电率为5.2×10-2 S·m-1,比相同CNTs含量下,用常规原位聚合方法制备的CNTs复合凝胶的导电率高出2个数量级。     

脉冲激光沉积ZnO薄膜的表面研究

脉冲激光沉积技术（PLD）目前已成为一种重要的制备氧化锌（ZnO）薄膜的技术,但是由于脉冲瞬间沉积时不能避免产生液滴及形成大小不一的颗粒,因此在制备高质量ZnO薄膜的表面均匀性方面还存在一定弊端。文章采用PLD（KrF准分子激光器：波长248 nm,频率5 Hz,脉冲宽度20 ns）方法在衬底温度450℃和氧气流量10 sccm下以高纯ZnO为靶材、在单晶硅衬底表面沉积120 min成功生长了ZnO薄膜。扫描电子图像（SEM）显示ZnO薄膜表面有明显凸起的颗粒,文章通过俄歇能谱仪对ZnO薄膜进行了研究,分析了ZnO薄膜的表面成分及凸起颗粒微观区域的成分。实验结果表明制备的ZnO薄膜表面明显突起的颗粒为ZnO颗粒,文章为PLD法制备ZnO薄膜易形成大小不一的颗粒提供了理论依据。     

FTO薄膜表面激光诱导制备ZnO纳米结构

采用磁控溅射法在FTO(掺氟二氧化锡)玻璃基底表面沉积金属Zn层,再将其置于双氧水溶液中,通过纳秒脉冲激光对其表面进行辐照处理来实现ZnO纳米结构的制备。研究了激光能量密度和扫描速率对ZnO纳米结构的形成和得到的ZnO纳米结构复合FTO(Zn O/FTO)薄膜表面形貌和光电性能的影响。结果表明,当Zn层厚度为200 nm时,可保证FTO薄膜表面既出现完整的Zn O纳米结构,又仅有少量Zn剩余。当激光能量密度为0.80 J/cm2,扫描速率为15 mm/s时,FTO薄膜表面制备出了均匀一致性最好的ZnO纳米结构,此时ZnO/FTO薄膜有最佳的光电性能,其在400～800 nm波段的平均透光率为70.18%,平均反射率为7.10%,方块电阻为9.23Ω。     

CdS量子点敏化ZnO纳米片的制备与光电性质

采用电化学沉积法在透明导电玻璃(FTO)基底上制备氧化锌(ZnO)纳米片,用KOH溶液刻蚀ZnO纳米片,得到多孔纳米片薄膜,再用化学浴沉积法(CBD)使CdS量子点沉积在ZnO纳米片表面,得Cd S敏化的多孔ZnO纳米片薄膜。利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜、电化学工作站研究了复合薄膜的晶体结构、形貌和光电性能。结果表明:KOH溶液刻蚀后的多孔ZnO纳米片光阳极的光电化学转换性能比ZnO纳米片有了明显的提高,光电化学转换效率随着刻蚀时间的延长先增大后减小,刻蚀时间30 min时,样品的光电转换效率提高为原来的7.2倍。多孔ZnO纳米片用Cd S量子点敏化后,Cd S量子点可以紧密、均匀地生长在多孔ZnO纳米片表面,并与ZnO纳米片形成异质结,其光电转换效率均有大幅度的提高,刻蚀60 min时的复合薄膜的光电转换效率最高,为1.176%,为量子点敏化太阳能电池的潜在应用提供实验基础。     

电沉积方式对制备氧化锌薄膜的影响

利用恒电位与恒电流两种电沉积方式,在Zn(NO3)2水溶液中制备了ZnO薄膜,研究了沉积方式对氧化锌薄膜性能的影响。实验结果表明,电沉积的初始阶段即氧化锌种子层生成期,对沉积有很大影响;恒电流沉积的氧化锌种子层生成迅速且致密,制备的薄膜表面粗糙度小且透光率高;荧光光谱表明,采用不同沉积方式制备ZnO薄膜的内部缺陷不同。