碳纳米管及碳纳米管纤维的性能与应用

碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米级管状壳层结构.扼要介绍了碳纳米管、碳纳米管纤维的合成方法及近几年来国内外制备的各种碳纳米管产品.碳纳米管、碳纳米管纤维由于其优良的力学、电学特性可以制成气体吸附体、生物模板、传动装置、增强复合体、催化剂载体、探测器、传感器、纳米反应器等产品,在航空、能源、医药、化学等技术领域广泛应用.     

碳纳米管纤维研究进展

主要概述了碳纳米管纤维的最新研究进展,详细介绍了当前碳纳米管纤维的3种主要制备方法--溶液纺丝、阵列抽丝以及浮动CVD直接纺丝法,探讨了各种工艺参数对碳纳米管纤维纺丝工艺以及产品最终性能的影响,分析和展望了碳纳米管纤维目前仍存在的一些关键问题和可能的发展方向、应用前景等.     

取向碳纳米管纤维及其能源应用

碳纳米管具有独特的一维纳米结构,优异的力学、电学和热学性能,但在实际应用中,由于碳纳米管无规分散且容易团聚,其优异的性能很难在材料宏观层面上充分体现出来。为了促进碳纳米管的实际应用,将碳纳米管的物理性能从纳米尺度拓展到宏观水平变得越来越迫切。近年来,人们通过湿法纺丝和干法纺丝等过程对碳纳米管取向排列,从而制备了具有高拉伸强度和高电导率的纤维,可广泛应用于线状太阳能电池和超级电容器等光电转换和储能器件,极大地推动了能源材料和器件的发展。综述了取向碳纳米管纤维的合成方法、结构和性能,重点介绍其作为电极材料在线状染料敏化太阳能电池和超级电容器等能源领域的应用,最后展望了取向碳纳米管纤维的未来发展方向。     

碳纳米管/聚砜纳米纤维增强增韧环氧树脂的研究

利用静电纺丝技术制备了碳纳米管/聚砜复合纳米纤维.由于碳纳米管的增强作用、聚砜的增韧作用以及聚砜纳米纤维良好的相容性,使得该复合纳米纤维对环氧树脂基体能够同时起到增强和增韧效果.应用透射和扫描电子显微镜表征了碳纳米管/聚砜复合纳米纤维的直径分布,通过测试拉伸和冲击性能分析了复合纳米纤维对环氧树脂的增强和增韧作用,对断裂表面微观形貌进行了观察,并测试了添加复合纳米纤维的环氧树脂动态力学性能.与环氧树脂基体相比,含3wt%CNTs的复合纳米纤维增强增韧环氧树脂的拉伸强度和模量分别提高13.9%和14.2%,冲击强度提高18.3%.     

碳纳米管技术研究进展

作为重要的纳米功能纤维,碳纳米管有着令人振奋的广阔的应用前景,引起了世界范围内研究人员的广泛关注.综述了国内外碳纳米管技术的最新研究进展,比较了电弧放电、激光烧蚀以及化学气相沉积等3种主要的碳纳米管合成技术,并着重讨论了当前流行的化学气相沉积法,探讨了拉曼散射、激光诱导荧光、瑞利散射等分子光谱技术在碳纳米管表征中的应用,介绍了碳纳米管出色的力学、机电、场发射、电化学等特性以及基于碳纳米管的电子器件如场效应管、单电子管等.     

碳纳米管/导电聚苯胺纳米复合纤维的合成与表征

为实现碳纳米管在树脂内形成一体化导电网络，从而制备出透明导电性能最优的有机透明导电涂层，必须把导电性的碳纳米管纤维在树脂内有效地组装成一体化导电结构网络。本文报道运用在树脂内可以自组装的导电苯胺来实现碳纳米管纤维自组装的方法．合成出了导电聚苯胺纳米薄膜均匀包覆的碳纳米管/导电聚苯胺纳米复合纤维．并运用透射电镜、傅立叶红外光谱以及四探针法表面电阻测试仪对合成出的具有精细微观结构的纳米复合纤维进行了表征．发现合成出了理想的碳纳米管/导电聚苯胺纳米复合纤维，并且其导电性较碳纳米管和导电聚苯胺自身都有大幅度的提高。这种特殊结构的纳米复合纤维的制备为组装高性能的聚合物基透明导电涂层奠定了坚实基础，而且这种自组装方法为各种纳米纤维的组装提供了可能。     

碳纳米管的化学镀Au研究

采用化学镀法首次在碳纳米管表面包覆了贵金属Au,研究了工艺过程对包覆层质量的影响,并利用高分辨透射电镜(HRTEM)及纳米束EDS能谱对包覆的碳纳米管进行了表征.所得包覆层完整、均匀、金属颗粒密度高,可望作为高性能准一维纳米导线得到应用.     

聚合物/碳纳米管纳米复合材料研究进展

碳纳米管及其聚合物基纳米复合材料的研究是材料科学领域一个重要的研究方向,本文介绍了近年来碳纳米管的表面改性方法以及聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法、力学性能、导电性等方面的研究进展。     

碳纳米管复合材料的应力分析

采用三相同轴柱壳剪切滞后模型,分析含有界面层的碳纳米管复合材料中的应力场、饱和应力和应力传递效率以及碳纳米管的有效长度。碳纳米管复合材料的界面层厚度与碳纳米管直径尺度（0.1~100nm）相当,在进行应力分析时应该考虑界面层的影响。分析表明:界面层的存在以及其厚度的增大都明显地降低应力传递效率和纤维的饱和应力,但增大了碳纳米管纤维的有效长度。此外碳纳米管的长径比较小时,对应力传递效率和碳纳米管有效长度均有较明显的影响。      

甲壳素纳米纤维/碳纳米管复合凝胶膜的制备与性能EI北大核心CSCD

将甲壳素纳米纤维与碳纳米管在水性条件下混合,建立甲壳素纳米纤维均匀分散的碳纳米管混合体系;利用真空抽滤制备甲壳素纳米纤维/碳纳米管复合膜,通过20%氢氧化钠低温处理制备具有连续三维纳米网络结构的复合凝胶膜,并对比凝胶化前后样品微观结构、导电性能及电化学性能等。结果表明,凝胶化处理有助于在凝胶膜内部构建三维纳米导电网络,当甲壳素纳米纤维与碳纳米管的质量比为1∶1时,凝胶膜的导电率和质量比电容较复合膜提高了2倍;2000次循环测试后,凝胶膜的比电容量仍能保持为起始比电容量的92.5%,循环稳定性较好。     

氮掺杂碳纳米管的制备及其应用

氮掺杂可以调控碳纳米管的电子结构及表面性质,以吡啶氮、吡咯氮(N-5)、石墨氮、氧化吡啶、-NO2及-NH2等形式进行掺杂的含氮官能团可提高碳纳米管的氧还原催化活性、赝电容、润湿性能及供电子特性。文章综述氮掺杂碳纳米管的3种制备方法:同步原位掺杂、碳化含氮物质、后处理,及其在氧还原反应、超级电容器和支撑材料方面的应用,并综述了不同种类含氮官能团的作用。     

碳纳米管传感器的研究进展

综述了不同功能碳纳米管传感器(微型碳纳米管气体离子传感器、无线被动碳纳米管气体传感器、碳纳米管化学和力学传感器、碳纳米管阵列生物传感器、碳纳米管温度和风速传感器、碳纳米管神经毒气传感器)的制备、结构特点、性能和发展方向.     

碳纳米管合成进展

自碳纳米管发现以来,其独特的结构与性能以及潜在的应用前景受到广泛的关注.已发展了多种合成技术.从原料、催化、工艺条件、产物形态等方面对重要的合成技术进行了系统的评述,介绍了国内外合成方面的研究现状和面临的挑战,同时提出了一些关于大量有效合成碳纳米管的建议.     

改性碳纳米管处理碳纤维的效果表征

采用浓硫酸/浓硝酸氧化处理多壁碳纳米管(MWCNTs),再将氧化后的碳纳米管与硅烷偶联剂(KH560)进行接枝,制备了硅烷偶联剂表面化学修饰的MWCNTs。在此基础上,将改性前后的碳纳米管分散在环氧树脂体系中,涂覆处理碳纤维。研究处理前后碳纤维力学性能和界面性能的变化。通过红外光谱(FTIR)和透射电镜(TEM)分析,表明KH560已成功接枝到多壁碳纳米管上;通过分散性实验证明了改性后的碳纳米管分散性提高;对处理后的碳纤维进行力学性能测试,并用扫描电镜(SEM)观察分析断面形态变化,结果表明,当碳纳米管的含量为0.5%时,改性碳纳米管处理的碳纤维拉伸强度和拉伸模量分别提高23.83%和7.11%,界面性能增强。     

催化裂解聚苯乙烯制备碳纳米管的研究

通过在60℃氮气气氛中催化裂解聚苯乙烯,制备了大量管径为5～40nm的高质量的碳纳米管.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和拉曼光谱对所制备的碳纳米管进行了表征.研究表明,所制备的碳纳米管石墨化程度高,在碳纳米管的管壁上仅有少量的无定形碳存在.催化裂解聚苯乙烯制备碳纳米管是一种有前途、低成本的绿色化学方法.     

螺旋形手征碳纤维的微波介电特性

研究了线圈状和麻花状两种典型螺旋形手征碳纤维以及直线形碳纳米管在8.2-12.4GHz的微波介电特性.螺旋形手征碳纤维通过催化化学气相沉积法制备,直线形碳纳米管用催化裂解浮游法以苯为碳源制备.螺旋形手征碳纤维与石蜡复合体的介电常数的实部(ε′)和虚部(ε″)比直线形碳纳米管与石蜡复合体的小,但线圈状螺旋形碳纤维的介电损耗角正切(tgδ=ε″/ε′)却明显偏大,线圈状和麻花状螺旋形碳纤维的tgδ分别为0.77—0.80和0.47—0.53,直线形碳纳米管的tgδ为0.45-0.77.螺旋形碳纤维与微波作用时的手征特性是导致其tgδ增大的主要原因,螺旋形手征碳纤维对微波的吸收与其自身的形状和尺寸密切相关,所以线圈状螺旋形碳纤维的tgδ比麻花状的大得多,探讨了螺旋形手征碳纤维与微波的作用机理,螺旋形手征碳纤维是一种非常有发展前景的微波吸收材料.     

Effective Moduli Evaluation of Carbon Nanotube Reinforced Polymers Using Micromechanics

A multistep homogenization method is adopted to compute the effective moduli of carbon nanotube reinforced composites. The composite is assumed to be reinforced with isolated individual fibers and clustered fibers. A uniform agglomeration model is introduced assuming constant carbon nanotube cluster size throughout the matrix. Agglomeration volume fraction—a critical parameter in the simulation—is considered to be an explicit function of inter-particle distance and quality of dispersion of fibers. The micromechanics model also incorporates random fiber orientation using a statistical approach. It is seen that these parameters reduce the stiffening effect of carbon nanotubes significantly in the composite.     

负衬底偏压对碳纳米管生长的影响

利用负衬底偏压增强热灯丝化学气相沉系统制备了碳纳米管，用扫描电子显微镜研究了碳纳米管的生长，结果表明碳纳米管的生长随着负衬底偏压的增大先增强，然后减弱，并且出现了部分准直的碳纳米管，分析和讨论了负衬底偏压对碳纳米管生长的影响。     

垂直定向碳纳米管的化学气相沉积法制备及其应用进展

垂直定向碳纳米管独特的结构和性能使其成为碳纳米管领域的研究热点,而可控制备是其重点研究方向之一。概述了近年来垂直定向碳纳米管的常用制备方法(热化学气相沉积和等离子体增强化学气相沉积)及其影响因素,以及垂直定向碳纳米管在热界面、光电、场发射和传感器方面的研究进展,重点介绍了一些具有优异性能的研究领域以及存在的问题。