碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管材料的性质分析与应用

碳纳米管材料的性质分析与应用碳纳米管是一种由碳原子组成的纳米材料,具有高强度、高导电性和高导热性等特点,因此受到了广泛关注。
本文将讨论碳纳米管材料的性质分析与应用。
一、碳纳米管的结构和性质分析碳纳米管的结构类似于由碳原子组成的一个或多个圆柱形,其直径大约在1到100纳米之间,长度可以达到数十微米。
碳纳米管具有很强的机械强度和稳定性,原因在于其碳原子之间形成了一种非常稳定的共价键结构。
在电学方面,碳纳米管也表现出极好的导电性能,从而在电子器件和导电材料中发挥了重要作用。
此外,碳纳米管还具有热稳定性、化学稳定性以及低摩擦等优异特性,使其在仿生学、材料学和机械工程等领域具有广泛的应用前景。
二、碳纳米管在电子器件中的应用由于碳纳米管的半导体性质和导电性能,因此在纳米电子学研究领域中得到了广泛应用。
最近的研究表明,碳纳米管可以作为半导体材料制备场效应晶体管,并在微电子器件和集成电路中发挥重要作用。
碳纳米管场效应晶体管可以大大提高电路的响应速度和功率效率,此外还具有在高电压下良好的稳定性。
由于碳纳米管的微观尺寸限制了电路的噪声限制,从而提高了电路的信噪比。
三、碳纳米管在生物医学中的应用碳纳米管在生物医学中的应用可追溯到2002年,研究表明碳纳米管在生物医学中的应用主要侧重于药物释放、生物成像和作为实验室生物学中的牵引工具等方面。
其中,碳纳米管的药物释放功能是最有发展前景的应用之一。
碳纳米管可以通过修饰表面分子和光敏剂等手段,控制药物的释放速度和药效,从而有效地治疗癌症和其他疾病。
四、碳纳米管在材料加固中的应用碳纳米管的高强度和稳定性也被广泛应用于材料加固领域,例如高强度的复合材料和防弹衣等。
由于碳纳米管的高强度和低密度,因此对于机载、航空和装甲等应用,可以降低材料的重量,提高其效率。
五、碳纳米管在环境治理中的应用碳纳米管还可以作为环境治理的重要工具,如有机污染物的去除和水资源的净化等。
例如,研究表明碳纳米管可以通过吸附和光催化降解机制,去除水中的有机污染物。
碳纳米管的制备方法和应用

碳纳米管的制备方法和应用碳纳米管是由纳米级的碳原子构成的一种纳米材料,具有独特的物理和化学性质,被广泛应用于各个领域。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在材料科学、电子学和生物医学中的应用。
一、碳纳米管的制备方法目前,常见的碳纳米管制备方法主要有化学气相沉积法、电化学沉积法、电弧放电法和碳热还原法等。
化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。
该方法利用金属催化剂(如铁、铜等)和含碳的气体(如一氧化碳、甲烷等)在高温下反应,生成碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和结构,制备出高质量的碳纳米管。
电化学沉积法是一种较为简单和经济的制备方法。
通过在电极表面施加电压,使金属离子在电极上还原并沉积成碳纳米管。
这种方法可以在常温下进行,对环境友好,但产出的碳纳米管质量较低。
电弧放电法是一种高温高压条件下制备碳纳米管的方法。
通过在金属电极之间施加高电压,形成电弧放电,使电极表面的碳物质蒸发并在高温高压下形成碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管尺寸较大,结构较不规则。
碳热还原法是使用碳源将金属氧化物还原成金属,并在高温下生成碳纳米管。
这种方法能够制备出高纯度的碳纳米管,但操作条件较为复杂。
二、碳纳米管在材料科学中的应用由于碳纳米管具有优异的力学性能、导电性和热导性,因此在材料科学中有广泛的应用。
碳纳米管可以添加到复合材料中,提高材料的力学性能和导电性。
此外,碳纳米管还可以用于制备超级电容器和锂离子电池,因为其具有较大比表面积和良好的电化学性能。
另外,由于碳纳米管具有较高的比表面积和孔隙结构,可以用作吸附剂来去除水和气体中的有害物质。
碳纳米管的应用还延伸到柔性电子学和传感器领域,用于制备柔性显示器件和高灵敏度的传感器,如压力传感器和化学传感器等。
三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管由于其独特的电子性质,被广泛应用于电子学领域。
碳纳米管可以用作场发射源,用于制备高亮度和高分辨率的显示器件。
此外,碳纳米管也可以用于制备柔性电子器件,如柔性电池和柔性晶体管等,具有重要的应用价值。
碳纳米管的具体应用

碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构,具有优异的物理和化学性质,因此在众多领域中具有广泛的应用前景。
本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。
1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用,主要体现在以下几个方面:(1)场效应晶体管(FET):碳纳米管可以作为FET的通道材料,具有优异的电子输运性能,可实现高速、低功耗的电子器件。
(2)纳米电子学器件:碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件,如纳米电极、纳米线和纳米电容器等,用于构建超高密度的集成电路。
(3)柔性电子学:碳纳米管具有优异的柔性性质,可以用于制备柔性电子学器件,如柔性传感器、柔性显示器等,为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。
2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用,主要体现在以下几个方面:(1)复合材料增强剂:碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂,加入到金属、陶瓷或聚合物基体中,可以显著提高材料的力学性能和导电性能。
(2)催化剂载体:碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质,可作为催化剂的载体,提高催化反应的效率和选择性。
(3)锂离子电池负极材料:碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能,可作为锂离子电池负极材料,具有高容量和长循环寿命等优点。
3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景,主要体现在以下几个方面:(1)药物传递:碳纳米管可以作为药物的载体,通过调控其表面性质和内部结构,实现药物的控释和靶向传递,提高药物治疗的效果。
(2)生物传感器:碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能,可以用于制备生物传感器,实现对生物分子的灵敏检测和诊断。
(3)组织工程:碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程,促进细胞生长和组织修复,具有重要的临床应用前景。
4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用,主要体现在以下几个方面:(1)锂离子电池:碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料,具有高比表面积和优异的电导率,可提高电池的能量密度和循环寿命。
碳纳米管的应用领域 -回复

碳纳米管的应用领域-回复碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)作为一种具有特殊结构和性能的纳米材料,具有广泛的应用潜力。
本文将围绕碳纳米管的应用领域展开,逐步介绍其在电子技术、材料科学、药物输送、能源存储等领域的重要应用。
第一部分:碳纳米管在电子技术中的应用碳纳米管由于其优异的导电性能和纳米级尺寸大小,使得它在电子技术领域有广泛的应用前景。
首先,碳纳米管可以用作高性能晶体管的替代材料。
由于碳纳米管具有高电子迁移率、小通道长度和优异的开关能力,因此可以用来制造更小、更快、更有效的晶体管。
其次,碳纳米管还可以用于制造柔性电子设备,比如柔性显示屏和可穿戴电子产品。
由于其高韧性和优异的电子性能,碳纳米管可以实现电子器件在弯曲或拉伸时不损坏,并且可以以更小、更轻的形式集成到各种非传统载体上。
第二部分:碳纳米管在材料科学中的应用碳纳米管具有柔韧性、高强度和低密度等优异的力学性能,使得它们在材料科学领域有着广泛的应用。
首先,碳纳米管可以用作增强材料,用于制造高性能复合材料。
将碳纳米管作为添加剂掺入到基础材料中,可以显著提高材料的力学性能,如抗拉强度、硬度和耐磨性等。
其次,碳纳米管还可以用于制造导电或发光的材料。
由于其优异的导电性和发光性能,碳纳米管可以用来制造传感器、光电器件和光子晶体等。
第三部分:碳纳米管在药物输送中的应用碳纳米管具有大比表面积和可调控的孔隙结构,使其成为理想的药物输送载体。
首先,碳纳米管可以用来包裹药物分子,并在体内传递药物。
由于其独特的管状结构,碳纳米管可以通过内部或外部修饰来调控药物的释放速率和靶向性,从而实现对药物的高效率输送和控制释放。
其次,碳纳米管还可以用于肿瘤治疗。
碳纳米管可以通过改变其表面性质或修饰其上的靶向配体,实现对肿瘤细胞的特异性识别和靶向治疗。
第四部分:碳纳米管在能源存储中的应用由于其独特的电化学性质,碳纳米管在能源存储领域有着巨大的潜力。
首先,碳纳米管可以用作电池材料,如锂离子电池、超级电容器和可重复使用电池。
新材料科学中的碳纳米管材料

新材料科学中的碳纳米管材料碳纳米管是一种由碳原子构成的管状结构,在新材料科学中具有重要的应用价值。
碳纳米管的特殊结构使得它具有许多独特的性质和优异的物理化学性能,有着广泛的应用范围和前景。
一、基本介绍碳纳米管是一种类似于石墨烯的碳材料,其结构是由碳原子构成的具有管状形态的微观结构。
碳纳米管的直径在纳米级别,一般为1纳米到50纳米之间。
它的长度可以是数十微米到数百微米,甚至可以达到数厘米以上。
碳纳米管具有很多独特的性质,比如强度高、导电性好、导热性好、化学稳定性强等等。
这些性质决定了碳纳米管可以广泛应用于电子、机械、光学、化学等领域。
二、应用领域1.电子领域在电子领域中,碳纳米管作为一种新型的半导体材料,具有很多优异的性质,如高电导率、高耐电压性、超短开关时间等。
这些特点使得碳纳米管可以广泛应用于晶体管、场效应晶体管、逆变器、传感器等电子器件中。
2.机械领域在机械领域中,碳纳米管有着很高的强度和韧性,可以被用于制作高强度的机械零部件。
例如,碳纳米管可以制成强度高、重量轻、耐磨损的轮胎、杆、桥梁等。
此外,碳纳米管还可以制成高性能的自行车、汽车、飞机等机械设备。
3.光学领域在光学领域中,碳纳米管可以制成具有高透明度和高导电性的薄膜,可以被应用于太阳能电池板、智能窗等光学器件中。
4.化学领域在化学领域中,碳纳米管可以被用作催化剂、吸附剂和分离材料。
例如,碳纳米管可以被用来催化氢气的产生和净化工业废气。
此外,碳纳米管还可以被用来制备高效的分离膜,用于饮用水的净化。
三、未来发展趋势由于碳纳米管具有独特的物理化学性质,有着广泛的应用前景,因此在近年来得到了广泛的关注。
未来,碳纳米管的发展将主要集中在以下几个方面:1.化学合成方法的改进当前,碳纳米管的主要制备方法是电弧放电法、激光热解法和化学气相沉积法。
然而这些方法存在制备成本高、质量不稳定、难于大规模制备等问题。
因此,未来的发展方向是改进或发展出更简单、更可控性强、更可扩展的制备方法,以适应未来碳纳米管的大规模制备需求。
碳纳米管的功能

碳纳米管的功能碳纳米管是一种由碳原子排列而成的纳米材料,具有高强度、高导电性、高热导性等特点,应用领域广泛。
下面将从各方面介绍碳纳米管的功能。
1. 电子学领域:碳纳米管是一种理想的纳米导体,在微电子器件、半导体照明等领域得到广泛应用。
它具有良好的电子传输性能,传输速度快,抗干扰性强,特别适合在高速电子器件中应用。
碳纳米管晶体管、电路板等元件已经被广泛应用于电脑、手机等各种电子设备中。
2. 新型材料领域:碳纳米管具有极高的强度和韧性,比钢铁更为坚固,是一种理想的新型材料。
碳纳米管可以用于制造高强度、高韧性的材料,如碳纳米管增强塑料、碳纳米管复合材料、碳纤维增强复合材料等。
这些材料在飞机、汽车、船舶、建筑等领域有广泛的应用。
3. 催化剂领域:碳纳米管可以作为催化剂载体,提高反应速率和选择性,从而在催化剂领域得到广泛应用。
碳纳米管与金属或金属氧化物复合可以用于氧化还原反应、制备化学品等。
此外,碳纳米管还可与DNA等生物大分子结合,用于生物催化反应等应用。
4. 生物医学领域:碳纳米管具有良好的生物相容性,可以用于生物医学领域中的诊断和治疗。
比如,将碳纳米管表面修饰成靶向特定癌细胞的分子后,可以用作肿瘤靶向治疗。
此外,还可以将药物包裹在碳纳米管内,可以减少药物的毒性和副作用,提高药物的疗效性。
5. 传感器领域:碳纳米管可以用作传感器的探针,具有高灵敏度和高选择性。
比如,利用碳纳米管的电导率随吸附分子量的变化,可以将其应用于气体、溶液等分子的检测。
碳纳米管还可以用于传感器的导电元件,提高了传感器的灵敏度和精度。
综上所述,碳纳米管具有多种功能,并在各个领域都有广泛的应用前景。
随着科技的不断发展,碳纳米管的应用将会越来越广泛,也将会带来更多的前沿研究和技术突破。
碳纳米管材料的性质及应用

碳纳米管材料的性质及应用近年来,碳纳米管作为一种神奇的新材料,逐渐成为了科学研究及工程应用中备受瞩目的材料之一。
碳纳米管具有非常出色的力学、电学和光学性能,因此被广泛地应用于电子器件、太阳能电池以及生物医学领域等高新技术领域。
本文将探讨碳纳米管材料的性质及应用领域。
一、碳纳米管的基本结构和性质1. 碳纳米管的结构和尺寸碳纳米管是由由单层或多层石墨烯卷曲而成的纳米管。
相对于传统的纤维素和聚酯纤维,碳纳米管的直径非常小,一般在1-50纳米之间,长度通常为数百微米到几毫米,甚至达到厘米级别。
2. 碳纳米管的力学性质碳纳米管具有很强的力学性能,其刚度可媲美钢铁,但密度仅为碳钢的四分之一。
因此,碳纳米管被广泛应用于强度要求高、重量要求轻的领域,如太空探索领域和航空航天设备领域等。
3. 碳纳米管的电学性质碳纳米管在电学特性方面表现非常突出,可以用来制作复杂的纳米电子器件。
碳纳米管的电学性能非常优异,主要表现在很高的电导率、稳定性和热传导率等方面。
可以将其应用于半导体器件、触控屏幕、柔性电路板等领域。
4. 碳纳米管的光学性质碳纳米管的光学性能是其应用领域之一。
由于碳纳米管的直径非常小,因此对光的吸收和散射产生了很特殊的影响。
例如,碳纳米管可以用于太阳电池领域,能够将大量光线转化为电能。
二、碳纳米管的应用领域1. 碳纳米管的生物医学应用碳纳米管在生物医学领域中应用广泛,主要包括抗肿瘤疗法、药物载体、病菌检测,以及细胞图像学等方面。
与传统的药物相比,碳纳米管具有更好的生物相容性、渗透性和药物传递性等特性。
2. 碳纳米管在电子领域的应用碳纳米管在电子领域的应用非常广泛,包括晶体管、纳米电路板、半导体器件等。
由于碳纳米管的电导率极高,因此可以用来制作高性能的传输线路和电子器件。
3. 碳纳米管的材料增强应用碳纳米管可以应用于增强其他材料的性能,如增强聚合物、金属基复合材料的强度和硬度等。
这不仅可以提高材料的热稳定性和抗氧化性,还可以延长材料的寿命。
碳纳米管 用途

碳纳米管用途
碳纳米管是一种纳米级的碳材料,具有许多独特的物理和化学性质,因此在许多领域有着广泛的应用。
以下是一些碳纳米管的常见用途:1. 纳米电子学:碳纳米管可以用作高性能的纳米电子器件的构建材料,例如晶体管、场效应晶体管、透明导电薄膜等。
2. 纳米材料增强:碳纳米管可以增强金属、聚合物等材料的力学性能,使其具有更高的强度和刚度。
这种增强效果使其在航空航天、汽车、建筑等领域有广泛应用。
3. 电池和超级电容器:碳纳米管可以用作电极材料,用于制造高能量密度和高功率密度的电池和超级电容器。
4. 催化剂载体:由于碳纳米管具有大比表面积和优良的导电性,因此可以用作催化剂的载体,用于催化反应中的催化剂固定和增加反应速率。
5. 生物医学应用:碳纳米管具有良好的生物相容性和荧光性能,可以用于生物成像、药物传递、组织工程等生物医学应用。
6. 传感器:碳纳米管可以用于制造高灵敏度的传感器,例如气体传感器、生物传感器等。
7. 纳米电缆:由于碳纳米管具有优秀的电导性能,可以用作纳米尺度的电缆,用于电子器件的互连。
总体而言,碳纳米管的应用潜力非常广泛,涵盖了电子学、材料科学、能源、生物医学等多个领域。
随着技术的进一步发展,碳纳米管的应用前景将不断拓展。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构,选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料,可以使其各种物理化学性能得到增强,因而在很多领域有着极大的应用前景,尤其是在储能电池中的应用。
本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点,总结了碳纳米管的储锂机理,对其发展趋势作了展望。
关键词碳纳米管复合材料储能电池应用Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity,elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed.Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on1引言碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现,是一种具有特殊结构的一维量子材料,它的径向尺寸可达到纳米级,轴向尺寸为微米级,管的两端一般都封口,因此它有很大的强度,同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。
碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究,通过对碳纳米管进行剪切,官能化及掺杂等方法进行改性处理,能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量,增加可逆的储锂比容量。
此外,碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。
本文中,我们研究了碳纳米管的储锂性能,考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体,其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。
该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。
2碳纳米管的储锂机理和应用相比广泛应用的石墨类材料,碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。
首先,碳纳米管的尺寸在纳米级,管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级,因而具有纳米材料的小尺寸效应,能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间;其次,碳纳米管的比表面积较大,能增加锂离子的反应活性位,并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价,储锂的容量增大;第三,碳纳米管具有良好的导电性,增大了锂离子的快速嵌入脱出的自由传递速度,对锂电池的大功率充放电有十分有利的促进作用。
1998年,Che等报道了采用模板法合成的阵列碳纳米管薄膜在储锂方向的应用。
他们用循环伏安测得该碳纳米管薄膜具有可逆的储锂特点及高达490 mAhg的可逆储锂容量。
同年,Frackowiak等采用催化化学气相沉积方法制备了多壁碳纳米管(MWNT )。
循环伏安的测试表明,多壁碳纳米管在第一次放电过程中显示了高达952 mAhg的嵌锂容量,但其中只447 mAhg是可逆的容量,不可逆容量也高达505 mAhg。
他们还发现,不同热处理温度对碳纳米管微观结构和成分组成有显著的影响,进而影响其储锂性能。
随着热处理温度的升高,碳纳米管的不可逆容量降低,而可逆容量也有一定程度的降低。
热处理使碳纳米管的结构规整,缺陷减少,从而降低了其不可逆容量;但是由于碳纳米管的中心管层在锂离子存储和电化学双电层的形成有重要作用,而热处理温度升高会导致碳管中心管层的端口关闭形成连续的碳层,从而阻止了锂离子的存储,以致可逆容量降低。
Wang等报道了通过化学气相沉积法制备出直径约20-50nm的多壁碳纳米管的储锂容量及循环性能。
在较小的电流密度下(10 m Ag)循环充放电,该碳管的首次放电容量能达到930 mAhg,但可逆容量却较低,只有360 mAhg左右。
经过30次循环后其可逆比容量保持在340 mAhg,略低于石墨的理论容量(372 mAhg)。
随着充放电电流密度的增加,多壁碳管的储锂容量也会明显的降低。
当电流密度增大到100 mAg时,30次循环后的保有容量只有约90 m Ahg。
研究还显示当锂离子在多壁碳管中的嵌入浓度增大时,锂离子的扩散系数降低,传输速率变慢。
对于单壁碳纳米管的储锂性能,Gao等采用激光烧蚀石墨制备出了单壁碳纳米管,并发现未经处理的SWNT具有450mAhg的储锂容量,纯化后的SWNT的可逆容量增加,达到约600mAhg。
3锡-碳纳米管复合材料在锂离子负极材料方面,将具有高比容量的金属或者金属氧化物填充入碳纳米管内部的空间,可以充分利用碳管的导电性、独特的结构特性、管壁优异的力学性能来缓解金属及金属氧化物的体积膨胀,防止颗粒的进一步长大团聚,从而提高了金属及氧化物的循环寿命,保证了容量的可逆存储。
Wang等将平均粒径为19 nm的氧化锡锑纳米颗粒(Sb3O4?SnO2均匀的分散于铝膜上面,置于高温炉里,通入的乙炔气体在高温下以氧化锡锑的催化后热分解然后碳沉积于氧化锡锑的表面,最终制备出碳纳米管包覆锡锑棍复合材料。
在0.1-1.2V的电压窗口下,以0.2C的电流密度充放电测试,该复合材料表现出十分优异的性能,首次的可逆容量达到708 mAhg。
尽管碳纳米管的含量仅7.6 %,但碳管优异的力学韧性却能使Sn-Sb保持很好的电连接和机械结合,所以经过80次循环后,它们的可逆容量仍能保有672 mAhg,而平均衰减率仅为0.064%。
与碳管填充锡相比,碳管表面负载锡则是结构差异化最大的碳管锡复合材料。
Park等制备了负载与碳管外表面的SnSb复合材料。
其循环稳定性相比纯SnSb合金有较大的提高,50次的充放电后,有480 m Ahg的容量保留,占初始可逆容量的71.6%左右。
SnSb被均匀的负载于碳管表面,可以防止颗粒之间的团聚现象,从而保证材料的整体结构完整性以及良好的导电性,所以尽管相比于填充型复合,负载型Sn-MWNT复合材料的容量保有率较低,但它与纯锡类材料相比其储锂性能仍然有较大幅度的提高。
4氧化锡-碳纳米管复合材料碳纳米管与氧化锡的复合材料按其结构的不同仍然可以分为两类:碳管负载氧化锡(SnO2-out-CNT)和碳管填充氧化锡(SnO2-in-CNT )。
Wen等用水热法将具有中孔结构的氧化锡负载于多壁碳纳米管表面,该复合材料相比纯氧化锡具有较大的性能提高。
经过50次的小电流密度(33.3 mA/g)循环,可逆容量保有在344.5 mAhg,约占首次可逆容量的55.3%,远高于纯氧化锡(12.8%)。
Wang 等采用湿化学法制备了碳管表面负载不同厚度的二氧化锡层。
对比其电化学性能发现,随着氧化锡负载量的增加,其可逆容量也相应增加。
但整体的循环寿命仍然较差,在20次循环后,二氧化锡含量最大的样品也只有383 mAhg的可逆容量,占首次容量的52%。
Wang等用AAO模板和多次沉积,制备了管状二氧化锡填充入碳管内部的复合材料。
这种填充型的复合材料显示出优异的电化学性能,在0.5C的电流密度下,经过200次的循环,其可逆容量达到542 mAhg-1,约占首次可逆容量的92.5%(586 mAhg),容量的衰减率仅为0.0375%。
二氧化锡填充碳纳米管型复合材料在结构具有较明显的优异之处,管状结构不仅为锂离子的储存提供活性位,能保证氧化锡的均匀分布,还能为锡的体积膨胀留出较大的缓冲空间,分散其体积变化的应力。
因为,其循环寿命明显优于其他结构的复合形式。
5小结碳纳米管与高比容量的金属及金属氧化物复合材料结合了碳材料的优良导电性及体积稳定性,利用复合材料各组分之间的协同效应,可以获得高容及稳定的循环性能。
但目前对碳纳米管复合电极材料研究主要集中在将高容量材料与碳管的共混或在碳管外表面的负载,这两种结构的复合材料在较长次数的循环中,金属及氧化物仍然会发生较大的团聚及体积膨胀,从而致使其与碳管分离或从碳管的外表面脱落导致容量的衰减。
因此,对碳纳米管本身的结构改性,组装,及碳管与高容量金属及金属氧化物的复合设计,储锂机理,限域效应和协同机制的关系研究对于碳纳米管在锂离子电池中的应用有重要的研究意义,也对于碳-金属等复合材料在其他应用方向如催化,生物,场发射,电子器件等也有重要的借鉴意义。