碳纳米管的功能化研究
多壁碳纳米管的化学功能化改性及分散性研究
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报 Βιβλιοθήκη ２１ ０ ０年第２ ７卷
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收稿 日期：２ ０ —１ —１ ０９ ２ ７ 基金项 目：浙江省科技厅重大纺织专项资助项 目（ ０ ７ ４ ０ ；０ ８ １８ ） ２０ Ｃ１０ ８ ２ ０ Ｃｌ０ １
作 者 简 介 ：单 燕 君 （ ９ ４ ）男 ， 北 石 家 庄 人 ， 士研 究 生 ， １８ － ， 河 硕 主要 从 事 功 能 纤 维及 其成 型技 术 的研 究 。 通讯 作 者 ：张顺 花 ， 电子 邮箱 ：ｓ ｈｊ １３ ｃｒ ｚｈ ｚ ６ ．ｏ ｌ ＠ ｎ
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关 键 词 ： 纳 米 管 ；化 学 修 饰 ； 散 性 能 ；机理 碳 分 中图 分 类 号 ： Ｂ ３ Ｔ ３２ 文献 标 识 码 ：Ａ
碳纳米管研究报告
碳纳米管研究报告碳纳米管是一种新兴的材料，它既具有高强度又有超强的耐腐蚀性，在未来将会发挥重要作用。
本文将结合碳纳米管的化学特性、力学性能、电学性能和生物医学应用，对它进行深入研究，旨在发掘它的潜力，未来能够更好地应用它。
一、碳纳米管的化学特性碳纳米管具有较高的碳氧化物结构，具有超强的耐腐蚀性。
其表面具有一定的电荷，这可以改变它的生物活性，增加其作为纳米材料的有效性。
此外，还有一些碳氧化物，如碳酸钙等，具有很好的附着力，对于不同的应用有着不同的功能。
二、碳纳米管的力学性能碳纳米管有着优异的力学性能，其弹性模量的大小可以根据其结构而定，它们有着非常高的抗弯强度，抗拉强度比钢材还要高，耐磨性也比钢材高。
同时，它们还具有很强的抗冲击能力，甚至在超高温下也能保持一定的强度。
三、碳纳米管的电学性能碳纳米管也具有优异的电学性能，其电阻率极低，可以大大提高电子材料的效率；其容量也极高，约为石墨烯4倍，能够有效地储存电能。
此外，它们还具有良好的导电性，可以抑制电路的失效，这在电子制造领域有重要作用。
四、碳纳米管的生物医学应用碳纳米管也可用于生物医学领域。
由于它们具有超强的耐腐蚀性及其高强度，可以用来制造医疗设备、改善人体组织修复治疗效果等。
另外，它们还可以用于基因治疗，具有增强免疫力的功效；用于抗癌药物的药物载体，以最大程度地抑制癌细胞的生长；在细胞快速传输信号的实验中，用于提高和优化实验效果等。
以上就是碳纳米管的一些特性和应用。
综上所述，碳纳米管有着较高的力学性能、超强的耐腐蚀性和良好的电学性能，以及众多生物医学应用，拥有着前所未有的潜力及应用前景。
未来需要加强对它的研究，进一步开发其功能，以及制定更好的应用方式，以期达到最佳效果。
碳纳米管在燃料电池中的催化作用研究
碳纳米管在燃料电池中的催化作用研究碳纳米管作为一种极具潜力的纳米材料，在燃料电池中的应用日益受到人们的关注。
燃料电池作为一种高效、清洁的能源转换技术，具有巨大的市场前景和环保意义。
然而，燃料电池在实际应用中还存在一些问题，如催化剂的稳定性、成本和效率等方面需要进一步提升。
碳纳米管作为一种优异的催化剂材料，具有很高的电导率、化学稳定性和大比表面积，因此在燃料电池中具有很大的应用潜力。
燃料电池是一种将化学能直接转换为电能的装置，其工作原理是通过氢气或其他燃料与氧气在催化剂的作用下发生氧化还原反应，从而产生电能和水。
目前广泛应用的燃料电池主要有质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）两种。
而在这些燃料电池中，催化剂是至关重要的一环，它直接影响到燃料电池的效率和稳定性。
因此，寻找高效、稳定的催化剂材料对于提高燃料电池性能至关重要。
碳纳米管作为一种新兴的材料，具有很多优异的性质，这使得它在催化剂领域备受瞩目。
首先，碳纳米管具有很高的比表面积，这意味着更多的活性位点可以暴露在表面上，从而增加反应活性。
其次，碳纳米管的导电性能很好，可以有效地传递电子，加速反应速率。
此外，碳纳米管还具有优异的机械强度和化学稳定性，能够抵抗催化过程中的腐蚀和破坏。
这些性质使得碳纳米管成为一种理想的燃料电池催化剂材料。
碳纳米管在燃料电池中的催化作用主要包括氧还原反应和氢气氧化反应两个方面。
在质子交换膜燃料电池中，氧还原反应是一个关键的步骤，它直接影响到燃料电池的性能。
传统的氧还原反应催化剂如铂等贵金属成本高昂，催化活性稳定性也较差。
而碳纳米管作为一种廉价的替代材料，具有优异的氧还原反应催化性能。
通过调控碳纳米管的结构和掺杂其它元素，可以有效地提高碳纳米管的氧还原反应活性和稳定性。
另一方面，在氢气氧化反应中，碳纳米管也表现出很好的催化性能。
氢气氧化反应是固体氧化物燃料电池中的主要反应之一，其速率和效率直接影响到固体氧化物燃料电池的性能。
碳纳米管技术的研究和应用前景
碳纳米管技术的研究和应用前景随着科技的发展，碳纳米管技术成为新兴领域。
碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有优良的导电、导热性能、高强度、轻质、高表面活性等特点，被广泛地应用于能源、材料、电子、生物医学等领域，并且具有非常广阔的应用前景。
一. 碳纳米管的发现1985年，日本科学家Sumio Iijima在透过透射电子显微镜观察相变微结构时，在石墨棒中发现一种空心管状物质，它的直径只有几个纳米，但却非常长，长达数百微米，这就是碳纳米管。
碳纳米管主要由碳原子构成，呈同心圆管状结构，在管壁上以蛇形排列呈单一或多层的结构。
二. 碳纳米管的结构特点碳纳米管是由一层薄而坚韧的碳原子形成的，具有优良的力学稳定性，可以承受高达100Gpa的拉力。
此外，碳纳米管的直径一般在1-100纳米之间，长度可以达到好几个微米，具有高欠垂直度，呈现出一些独特的光学和电学特性。
三. 碳纳米管的制备技术碳纳米管的制备技术目前主要有热解法、甲烷化法、等离子体增强化学气相沉积等。
其中，等离子体增强化学气相沉积技术具有高效率、高质量、可控性强等优点，在制备高质量碳纳米管方面具有较高的研究价值和应用前景。
四. 碳纳米管的应用前景碳纳米管在能源、材料、电子、生物医学等领域均有广泛应用。
其中，在能源领域，碳纳米管可以用于储氢、储能等方面；在材料方面，碳纳米管可以制备出复合材料、纳米复合材料，提高材料的强度、导电、导热性能，被广泛应用于汽车、飞机等领域；在电子方面，碳纳米管可以制备纳米计算机、纳米传感器等应用，也能用于电子显示器件领域；在生物医学方面，碳纳米管可以作为靶向治疗药物所用的载体，以及早期癌症的诊断与治疗。
由此可见，碳纳米管在各个领域都有广泛应用前景。
五. 碳纳米管技术的研究方向碳纳米管技术的研究方向主要有以下几个：1. 碳纳米管的合成和表征；2. 碳纳米管的应用技术和产业化；3. 碳纳米管的毒理学和安全性评价；4. 碳纳米管的功能化和修饰；5. 碳纳米管与其他材料的复合。
碳纳米管基材料的光学性能研究
碳纳米管基材料的光学性能研究碳纳米管是一种由碳原子通过特定方式排列而成的纳米材料，具有许多优异的性质，其中之一就是其独特的光学性能。
这些性能使得碳纳米管在科学研究和技术应用中具有重要的潜力。
首先，碳纳米管具有优异的光吸收能力。
由于其结构的特殊性，碳纳米管能够吸收可见光甚至近红外光谱范围的光线。
这使得它们在光学传感器和太阳能电池等领域的应用成为可能。
研究人员已经发现，碳纳米管可以有效地捕获太阳能并将其转化为电能，这对于可再生能源的发展具有重要意义。
其次，碳纳米管具有出色的光辐射特性。
当碳纳米管被激发时，会发射出特定波长的荧光。
这种荧光的波长可以通过调节碳纳米管的结构和尺寸来改变。
因此，碳纳米管可以用作荧光探针，用于生物医学领域的细胞成像和癌症诊断等应用。
研究人员还利用碳纳米管的光辐射特性开发了各种光学传感器和光学设备。
此外，碳纳米管还具有出色的光电效应。
研究人员发现，在光照下，碳纳米管可以呈现出电阻率的变化。
这使得碳纳米管可以应用于光控开关和光电器件等领域。
特别是在柔性电子学和光电子学领域，碳纳米管的光电效应被广泛研究和应用。
除了上述光学性能，碳纳米管还具有其他一些引人注目的性质。
例如，碳纳米管具有高度的导电性和热导性，这使得它们在电子器件和热传导材料方面具有广泛的应用潜力。
此外，碳纳米管还具有高度的机械强度和柔韧性，使其成为新型纳米复合材料和纳米纤维材料的理想基材。
需要指出的是，尽管碳纳米管具有许多出色的性能，但在实际应用中仍面临一些挑战。
首先，碳纳米管的制备和加工工艺仍然比较困难和昂贵。
其次，长碳纳米管的制备仍然是一个挑战，限制了其在一些领域的应用。
另外，碳纳米管在环境和生物体中的毒性和生物相容性问题也需要进一步研究。
综上所述，碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有独特的光学性能，包括优异的光吸收能力、出色的光辐射特性和光电效应等。
这些性能使得碳纳米管在光学传感器、太阳能电池、荧光探针和光电器件等领域具有广泛应用潜力。
碳纳米管的研究与应用前景
碳纳米管的研究与应用前景随着科技不断的发展，材料学也逐渐成为了一个重要的领域。
在材料学研究中，碳纳米管(CNTs)被认为是一种十分有前途的材料，因为它在力学性质、电学性质、热学性质等方面都有着出色的特性。
本文将探讨碳纳米管的研究与应用前景，希望能够为其进一步的研究提供一些参考。
一、碳纳米管的发现与基本特性碳纳米管是由碳原子构成的薄膜材料。
1985年，日本学者Sumio Iijima第一次通过透过电子显微镜发现了碳纳米管。
碳纳米管呈现为一个细长的管状结构，直径在纳米级别，长度可以达到微米级别。
碳纳米管内部空腔的直径通常在1-2nm之间，而碳纳米管壁的厚度则在0.3-0.7nm之间。
碳纳米管分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种类型，其中单壁碳纳米管由一层碳原子组成，而多壁碳纳米管内部有多个碳原子层，层数在2-100之间。
碳纳米管的物理特性主要包括力学性质、电学特性和热学性质。
碳纳米管的弹性模量通常在1.0-4.5 TPa之间，这是因为碳纳米管的晶格结构独特，可以承受较大的拉伸力。
碳纳米管的导电性是其重要的电学性质之一，其导电性一般比铜等金属导体要高得多。
此外，碳纳米管还具有很高的热导率，是银的5倍，铜的10倍。
因此，碳纳米管在材料学方面的应用前景非常广阔。
下面将从材料、电子学和能源等方面讨论碳纳米管的应用。
二、碳纳米管的材料应用碳纳米管在材料学方面的应用非常广泛。
其机械性能好、导热性好、导电性好、化学稳定性好等特点，使得碳纳米管成为材料学领域的研究热点。
联合国工业发展组织曾在一份报告中指出，碳纳米管可用于新一代材料的制备，广泛应用于催化、光纤、电子材料等领域。
在催化剂方面，碳纳米管的物理化学性质可以被用于催化反应。
美国斯坦福大学的科学家研究表明，碳纳米管可以用于制备高效的催化剂。
其超高表面积使得活性中心密度很高，可以得到很高的催化效率。
在电子材料方面，碳纳米管可以用于制造半导体、纳米晶体管等器件。
碳纳米管CNTS
碳纳米管的独特工能及应用1985年，Kroto和Smalley[1]发现了一种直径仅为0.7nm的球状分子，被称为C60，亦称富勒烯(fullerene)。
这是继石墨和金刚石之后，碳的另一种同素异形体。
随后，日本NEC公司的Sumio．Iijima[2]在合成C60中，首次利用电子显微镜发现了CNTs(Carbon nanotubes)，又称巴基管(Bucktube)。
CNTs是一种类似石墨结构的六边形网格卷绕而成的、两端为半球形端帽、具有典型层状中空结构的材料。
根据石墨片层数的不同，CNTs可分为多壁碳纳米管(MWNTs)和单壁碳纳米(SWNTs)。
研究表明，CNTs的密度只有钢的1／6，强度却是钢的100倍，模量可达1．8 TPa。
CNTs是典型的一维纳米结构，其超强的力学性能、超大的长径比(一般大于1000)、极好的化学和热稳定性、良好的光电性能，使其具有广泛应用于生物传感器、储氢容器、超容量电容器、机电激励器、结构增强材料等方面的应用前景[3-4]。
CNTs长径比高、比表面大、比强度高、电导率高、界面效应强，因而具有优异的力学、电学、热学、光学性能．成为世界范围内的研究热点之一。
近几年来．随着CNTs合成技术的日益成熟．低成本批量生产CNTs已成为可能，并在场发射、分子电子器件、复合材料、储氢、吸附、催化诸多领域已经展现出其广阔的应用前景。
一、碳纳米管的结构CNTs是一种主要由碳六边形(弯曲处为碳五边形或碳七边形)组成的单层或多层石墨片卷曲而成的无缝纳米管状壳层结构，相邻层间距与石墨的层间距相当，约为0.34nm。
碳纳米管的直径为零点几纳米至几十纳米，长度一般为几十纳米至微米级，也有超长CNTs，长度达2mm。
按照石墨烯片的层数，可分为单壁CNTs和多壁CNTs。
(1)单壁CNTs(Single-walled nanotubes，SWNTs)：由一层石墨烯片组成。
单壁管典型的直径和长度分别为0．75～3nm和1～50μm，又称富勒管(Fullerenes tubes)。
【精品文章】【碳材料】碳纳米管表面功能化修饰及改性
【碳材料】碳纳米管表面功能化修饰及改性
碳纳米管是由单层石墨烯和多层石墨烯片层卷曲而成的一维纳米管状材料，具有机械强度高、化学稳定性好以及优异的导电性和电磁屏蔽性等特点，被认为是高性能复合材料的一种理想填料。
但其表面缺少活性基团、分散性差、加工困难，限制了其应用。
因此，研究者通过对其进行表面修饰改性来提高它的溶解性和分散性。
同时，通过化学或物理的方法将所需功能性基团接到碳纳米管的表面制备多功能性材料，目前，碳纳米管表面进行修饰及功能化改性成为了研究热门领域。
图1 碳纳米管示意图
一、碳纳米管表面修饰及改性
碳纳米管表面功能化修饰主要分为有机修饰、机械修饰、无机包覆。
1、有机修饰及改性
碳纳米管有机修饰及改性主要有共价修饰、非共价修饰。
（1）碳纳米管表面共价修饰
碳纳米管表面共价修饰是在其管壁上通过化学反应引入新的共价键来优化碳纳米管的性能，包含的主要反应有氧化反应、自由基加成、电化学反应、热化学反应等。
氧化反应是通过化学方法在碳纳米管表面引入极性较大的羧基或羟基，从而使碳纳米管材料表面具有活性基团，再通过共价交联反应来引入不同的功能基团。
图2 碳纳米管表面共价修饰示意图
上海交通大学纳米电子材料与器件研究组采用混酸
（H2SO4:HNO3=1:3）和强碱（NaOH）来处理多壁碳纳米管，得到碳纳米。