碳纳米管增强塑料仍面临技术挑战

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碳纳米管技术的现状与应用前景

碳纳米管技术的现状与应用前景

碳纳米管技术的现状与应用前景碳纳米管是由纯碳组成的一种纳米管结构,具有极高的强度、导电性和导热性,还具有独特的光电性质和分子识别能力。

因此,在众多纳米材料中,碳纳米管被认为是一种极具潜力的新型材料。

本文将介绍碳纳米管技术的现状和应用前景。

一、碳纳米管技术的现状碳纳米管的制备技术主要有两种方法:一种是化学气相沉积法(CVD),另一种是溶液法。

其中,化学气相沉积法是目前最主要的碳纳米管制备方法。

化学气相沉积法通过气氛中的化学反应将碳原子沉积在基底上,这种方法可以控制碳纳米管的直径、长度和取向。

此外,化学气相沉积法还可以控制碳纳米管的外径和内径,从而调节其电学和机械性能。

虽然化学气相沉积法具有很高的制备效率和生产能力,但同时也存在巨大的成本和环境污染问题,限制了其在工业领域的应用。

溶液法是另一种常用的碳纳米管制备方法,其主要包括化学还原剂法、水热法、电沉积法等。

溶液法制备碳纳米管的优点是方法简单、成本低、环境友好,它可以大规模生产碳纳米管,并得到高纯度和高品质的碳纳米管,但其制备效率和生产能力还需要进一步提高。

二、碳纳米管技术的应用前景碳纳米管具有极高的强度、导电性和导热性,还具有独特的光电性质和分子识别能力,因此有着广泛的应用前景。

1. 新一代电子器件碳纳米管可以制成纳米电子器件,如纳米场效应晶体管、纳米透明导电膜、纳米光电探测器、纳米场发射器等,具有非常好的性能表现。

相比传统的硅基电子器件,碳纳米管器件具有更好的尺寸一致性和热稳定性,还具有更佳的电子传导性能和灵敏性。

2. 生命科学碳纳米管在生物医学方面具有广泛应用前景,如用于药物递送、疫苗制备、生物传感等。

碳纳米管具有高度的生物相容性和分子靶向性,可以用于开发高效、低毒的靶向药物,有效减少药物的副作用和毒性。

3. 材料科学碳纳米管具有出色的机械性能和导电性能,可以应用于制备各种高性能的材料,如碳纳米管增强的复合材料、高导电性银浆、导电性弹性体等。

碳纳米管增强塑料仍面临技术挑战

碳纳米管增强塑料仍面临技术挑战

51中国粉体工业 2010年第1期行业资讯纳米复合材料工程项目落户化隆加合工业园区日前,青海中圣新材料有限公司纳米复合材料工程项目落户化隆回族自治县加合工业园区,这个项目总投资1.98亿元,由山西康宝集团投资,中国科学院提供专利技术,建设集高纯复合材料产品——新型纳米复合材料,公司用等离子体法生产纳米复合材料产品将填补国内行业空白。

近年来,化隆县根据省委提出“四区、两带、一线”的发展战略和海东“园区引领、产业集中、培育主体、县域有别、提效增量”的总体要求,提出规划建设加合工业园区的设想,主要利用化隆县丰富的电力、矿产等资源优势,集中发展新型硅材料工业。

纳米复合材料工程项目分三期建设,其中一期整体项目建成后可实现年产优质新型复合材料6万吨、太阳能单晶硅等切割粉体2万吨,航天、航海军工等科技领域使用的纳米复合材料1000吨,可实现综合产值10亿多元,安置就业岗位600多个,一年可创利税超亿元。

(作者:吕锦武 李玉峰)聚丙烯纳米助剂性能优异南京淳达科技发展有限公司研制开发的CD-YZPP-22聚丙烯纳米多功能复合助剂日前通过南京市科技局组织的科技成果鉴定。

新产品采用的纳米全硫化粉末丁苯橡胶及其它改性材料优化配方设计,使改性后的聚丙烯专用料冲击强度、低温冲击强度、负荷变形温度、洛氏硬度、断裂应变率、拉伸屈服应力等性能大幅度提高,黄色指数明显下降。

科研人员攻克了纳米橡胶弹性粒子不易分散的难题,使产品实现了纳米效应。

该产品将多种具有改性功能和性能补充功能的材料同时添加混配,使单一的母料助剂同时具有多种改性功能。

各种材料混配及添加至树脂中相容性好。

纳米改性塑料应用范围广从上个世纪90年代初开始,就有运用将尼龙12与碳纳米管做成内部阻隔层,应用在汽车燃油管组件例如快速连接器和过滤器中。

Hyperion Catalysis 现在则瞄准于将纳米管引入到别的树脂材料中应用到汽车的燃料系统中,比如改性尼龙和一些含氟聚合物。

环境治理新技术——碳纳米管技术

环境治理新技术——碳纳米管技术

环境治理新技术——碳纳米管技术碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是由碳原子组成的具有一定厚度、而又极长细长管状结构的纳米材料,其直径一般在1纳米左右,长度则可以达到数十微米。

碳纳米管的强度高、导电性能强、导热性能好、化学稳定性高等特性使其应用前景广泛,其中环境治理方向尤为突出。

一、碳纳米管在大气污染治理中的应用大气污染一直是困扰城市化发展的重要问题之一,而碳纳米管就可以在空气污染治理中发挥很大作用。

众所周知,汽车和工厂排放的废气中纷纷含有较高浓度的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物等有害污染物。

碳纳米管作为一种高活性氧化剂,可以协助大气中有害污染物质的快速氧化,消除其有害性质,降低空气中有害物质的浓度。

除此之外,碳纳米管还可以通过吸附和捕捉的方式吸收颗粒物,使我们呼吸到的空气更加清新,从而达到治理空气污染的目的。

生活中的空气净化器、汽车尾气处理设备等同时使用了碳纳米管技术。

二、碳纳米管在水污染治理中的应用水污染是另一个引人关注的环境问题。

碳纳米管作为一种新型材料,在水污染方面也有许多突出应用。

使用碳纳米管可以有效降低水中污染物的浓度。

由于碳纳米管的配位能力和化学稳定性高,因此可以通过吸附方法去除水中的重金属离子、药物残留、有机物等有害成分。

另外,碳纳米管可以通过其与水分子作用的方式,吸引多余的水分子,降低水中的水分子簇聚度,提高了水的特异性,从而提高了水的吸附效率。

因此,通过碳纳米管技术处理污水不仅可以有效降低污染物浓度,还可以减轻水资源的逐渐枯竭问题。

除此之外,碳纳米管还可以作为杀菌剂,去除水中的各种细菌、病毒,提高水质量。

三、碳纳米管在土壤污染治理中的应用土壤污染是一种常被忽视的环境污染形式。

在这方面,碳纳米管同样能够发挥作用。

由于碳纳米管具有强化学稳定性和配位能力,可以通过吸附和催化反应的方式分解并去除土壤中的污染物,如重金属、有机物以及农药等。

同时,碳纳米管还可以帮助改善土壤物理化学性质,增强土壤透气性和通透性,提高作物生长质量和产量。

碳纳米管电子器件制造困难方法什么

碳纳米管电子器件制造困难方法什么

碳纳米管电子器件制造困难方法什么碳纳米管(Carbon Nanotube,简称CNT)是一种具有独特结构与性能的纳米材料,因其优异的导电性、机械强度和热稳定性,被广泛应用于电子器件领域。

然而,碳纳米管电子器件制造过程中存在一些困难,涉及到制备、操控和集成等方面。

本文将详细介绍碳纳米管电子器件制造的困难,并探讨一些克服这些困难的方法。

首先,碳纳米管的制备是一个具有挑战性的过程。

目前常用的碳纳米管制备方法包括电弧放电、化学气相沉积和溶胶凝胶法等。

然而,这些方法在制备高质量的单一类型碳纳米管时存在一定的困难。

碳纳米管的直径、长度、结构及手性等特性对电子器件的性能和功能起着重要的影响,因此制备高质量的碳纳米管是制造器件的一个关键难题。

其次,碳纳米管的操控和定位也是一个挑战。

由于碳纳米管具有极小的尺寸,通常只有几纳米到几十纳米,因此在器件制造过程中需要精确地操控和定位碳纳米管。

然而,由于碳纳米管之间的相互作用力,以及与其他材料的粘附性差异,使得操控和定位碳纳米管变得更加困难。

此外,碳纳米管的力学性能也使得在操控和定位过程中容易发生断裂和变形,导致器件性能下降。

第三,碳纳米管与其他材料的集成是制造电子器件的核心难题之一。

碳纳米管是一种单一维度的纳米材料,而传统的电子器件往往是三维结构,因此将碳纳米管与其他材料有效地结合起来具有一定的困难。

此外,由于碳纳米管的表面活性和材料与材料之间的界面相互作用力,也使得在集成过程中易产生能量散逸、接触不良等问题,进一步影响器件性能。

为了克服上述的困难,科学家们进行了大量的努力,并提出了一些创新的方法。

首先,在碳纳米管的制备方面,可以采用催化剂选择性生长的方法,通过选择适当的催化剂和优化生长条件,来提高碳纳米管的纯度和长宽比,从而得到高质量的碳纳米管。

其次,在碳纳米管的操控和定位方面,可以使用电场调控、化学修饰等技术,来实现对碳纳米管的定向组装和操控。

此外,还可以利用扫描探针显微镜等高分辨率技术,实时观察和控制碳纳米管的操纵。

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

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。

碳纳米管材料制备工艺改进

碳纳米管材料制备工艺改进

碳纳米管材料制备工艺改进碳纳米管是一种具有优异性能和广泛应用潜力的纳米材料。

在电子器件、能源储存、传感器和生物医学领域等方面,碳纳米管的应用前景十分广阔。

然而,目前制备碳纳米管的工艺仍存在一些问题和挑战,其中包括碳纳米管的纯度、生产成本和制备效率等方面。

为了改进碳纳米管材料的制备工艺,可以考虑以下几个方面的改进措施。

首先,可以优化碳源和催化剂的选择。

对于碳纳米管的制备,碳源和催化剂是非常重要的组成部分。

传统的碳源和催化剂往往具有较高的成本,并且容易带来杂质的问题。

因此,研究人员可以探索新的碳源和催化剂,以提高制备碳纳米管的纯度和降低成本。

其次,可以优化反应条件和工艺参数。

在碳纳米管的制备过程中,反应条件和工艺参数对于产物的质量和产率具有重要影响。

研究人员可以通过调整反应温度、反应时间、催化剂用量和气体流量等参数,来优化碳纳米管的制备工艺。

此外,还可以采用新的反应体系和设备,比如气相沉积、溶胶凝胶法和电化学法等,以提高碳纳米管的制备效率和质量。

第三,可以引入新的材料和技术。

传统的碳纳米管制备工艺通常基于碳纳米管的化学气相沉积方法,但这种方法存在着制备成本高和生产规模有限等问题。

因此,研究人员可以考虑引入新的材料和技术,如碳纳米管的可控生长方法、自组装方法和新型纳米材料等。

这些新的材料和技术可以提供更多的选择和可能性,以改进碳纳米管的制备工艺。

此外,在碳纳米管制备的过程中,还需要加强对环境和安全方面的考虑。

碳纳米管的制备工艺通常伴随着高温、高压和有毒气体等问题,这对于操作人员和环境都存在一定的风险。

因此,在改进碳纳米管制备工艺的同时,还应当注重环境保护和操作安全,采取相应的防护措施和规范。

综上所述,为了改进碳纳米管材料的制备工艺,可以从碳源和催化剂的选择、反应条件和工艺参数的优化,以及引入新的材料和技术等方面入手。

同时,还应注重环境保护和操作安全,确保碳纳米管材料的制备过程符合相关的规范和要求。

通过以上的改进措施,相信可以提高碳纳米管的制备效率、改善材料质量,并为碳纳米管的广泛应用提供更好的支持。

中国碳纳米管发展现状

中国碳纳米管发展现状

中国碳纳米管发展现状一、引言碳纳米管,作为一种具有独特结构和优异的物理化学性能的纳米材料,在多个领域具有广泛的应用前景。

近年来,随着科技的不断进步,中国在碳纳米管的研究与应用方面取得了显著的进展。

本文将对中国碳纳米管的发展现状进行概述。

二、研究进展1. 制备技术:中国在碳纳米管的制备技术方面取得了重要突破。

通过改进催化剂、控制温度和压力等手段,成功实现了大规模、高效、环保的碳纳米管制备。

这为碳纳米管在各个领域的应用提供了充足的原料保障。

2. 应用领域:碳纳米管在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用。

中国科研团队在多个领域开展了深入研究,取得了一系列重要成果。

例如,碳纳米管在电池、超级电容器等储能器件中的应用,提高了能量密度和循环寿命;在环保领域,碳纳米管可用于吸附和去除水体中的有害物质;在医疗领域,碳纳米管可用于药物输送、生物成像等。

3. 产业布局:中国政府高度重视碳纳米管产业的发展,通过政策引导、资金支持等方式推动产业集聚和创新。

目前,中国已形成了多个碳纳米管产业园区,聚集了众多优秀企业和研发机构,形成了完整的产业链。

三、挑战与展望1. 技术挑战:尽管中国在碳纳米管的研究和应用方面取得了显著进展,但仍面临一些技术挑战。

例如,如何进一步提高碳纳米管的性能和稳定性,以满足不同领域的需求;如何降低生产成本,提高产业竞争力等。

2. 政策环境:随着全球环保意识的提高,各国政府对环保材料的需求日益增长。

中国政府应加大对碳纳米管产业的支持力度,推动产业绿色发展,提高国际竞争力。

3. 人才培养:碳纳米管领域需要具备跨学科背景的高素质人才。

中国应加强人才培养和引进,建立完善的人才激励机制,为碳纳米管领域的发展提供智力保障。

4. 合作与交流:加强国际合作与交流是推动碳纳米管领域发展的重要途径。

中国应积极参与国际合作项目,引进先进技术和管理经验,推动中国碳纳米管产业走向世界。

四、结论中国在碳纳米管的研究和应用方面取得了显著进展,但仍面临一些挑战。

碳纳米管性能优势、应用领域及技术壁垒分析

碳纳米管性能优势、应用领域及技术壁垒分析

行业:加速替代传统导电剂,迎广阔发展空间1. 碳纳米管性能优越,有望加速替代传统导电剂1.1. 性能优越,应用领域广阔碳纳米管具有优异的力学、电学和热学等性能。

碳纳米管为管状的纳米级石墨晶体,是单层或多层的石墨烯层围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管状结构,是由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。

碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似,但却更加稳定,是目前已知的熔点最高的材料,因其具有非常优异的力学、电学、热学等性能,被多个行业广泛关注及青睐。

表1:碳纳米管性能优势项目性能优势力学性能碳纳米管具有极高的强度和极大的韧性。

按理论计算,碳纳米管的强度可为钢的100倍,而密度只有钢的1/6。

碳纳米管还有极高的韧性,硬而不脆,当外部施加巨大的压力时,碳纳米管会发生弯曲、打卷绞结的情况,但是不会断裂;当外力释放后,碳纳米管又将恢复原状。

电学性能碳纳米管具有良好的电学性能,碳纳米管的碳原子以正六边形的微观形式组成基础单元结构,这种结构下共轭效应显著,电子可以脱离单个碳原子的束缚而在较大范围内自由运动。

理论上碳纳米管导电性能仅次于超导体。

电子通过碳纳米管时不会产生热量,因此能量损失微小,其导电性能优于常规导电材料。

热学性能碳纳米管具有优异的导热性能,可以沿管长方向迅速传导热量。

理论上碳纳米管是目前已知的最好的导热材料,其理论导热效率约为自然界最好导热材料金刚石的3-6倍。

化学稳定性碳纳米管化学性质稳定,具有耐酸性和耐碱性。

在高分子复合材料中添加碳纳米管可以提高材料本身的阻酸抗氧化性能,可以应用于航天、航空、国防、军工等领域。

碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

根据石墨片层的多少,碳纳米管一般分为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管, 单壁碳纳米管管壁由一层碳原子组成,是碳纳米管的极限形式,直径在1-2nm;多壁碳纳米管由几个到几十个单壁碳纳米管同轴构成。

表2:碳纳米管可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管类别单壁碳纳米管多壁碳纳米管模拟结构示意图透射电子显微镜图(TEM 图)碳纳米管的制备主要采用化学气相沉积法。

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纳米改 性塑 料应 用范 围广
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一些 碳 纳米管 随机 聚合 , 不是 平均分 布 。 而
从上 个世 纪 9 年 代初 开始 , 有运 用将 尼龙 l 与碳 纳米 管 做 这样 一 来 ,甚 至 可能 降低 材料 的强度 。 O 就 2 项 目负 责 人 Da il a n r 释 说 :“ 管 我 们 已 经 投 入 n eW g e 解 尽 了大 量 精 力 ,但 是 研 究 结 果 仍 然 存 在 矛 盾 之 处 … 碳 纳米管
碎的 材料 ,比 如 ,树 脂 玻 璃 和 透 明 合 成 树 脂 。研 究 人 员 用 单 壁 和 多 壁 碳 纳 米 管 增 强 聚 甲基 丙 烯 酸 甲酯 纤 维 后 发 现 , 尽 管 这
两种类 型都 可有 效增强 塑料 的强度 ,但多 壁纳米 管 的韧 性更 强 ,相 当于 几个 单壁 纳米 管嵌 套在一一 。 起
佳 的 电学 和 热学 方面 的性 能 ,它 与一个 环 氧树基 接合 以后 , —般 与
碳 光纤 和纳 米碳 黑相 比 ,会有 更佳 的 力学 陛能 以及 更 高的 电导率 。
康宝集团投资 ,中国科学 院提供专利技术 , 建设集高纯复合材料产 品——新型纳米复合材料, 公司用等离子体法生产纳米复合材料产
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纳 米 结 构 的增 强 复 合 材 料 是 未 来 研 究 的 方 向 , 目前 已 经
荷变形温度、洛氏硬度、断裂应变率 、拉伸屈服应力等性能大幅度
提 高 ,黄色指 数 明显下 降 。科研 人 员攻 克 了纳 米 橡胶 弹 眭粒子 不 易
分散的难题 , 使产品实现了纳米效应。 该产品将多种具有改』功能 生
米 管 到 G 的 Noy T E rl X尼 龙 / P G P O合金 中 , 模成 型外 部 挡泥板 。 铸 这 种导 电纳米 复合 物 材料 可 以用 静 电法 上漆 。
密歇根大学( u) Ms 复合物材料与结构 中心新近开发出了一种表 面处理过的石墨纳米板。石墨的模量是粘土的好几倍 ,并且具有更
新 产 品采 用 的纳 米全 硫 化粉 末 丁苯 橡 胶及 其 它 改性 材料 优 化 配 方设 计 ,使 改 『 生后的 聚丙烯 专用 料冲 击 强度 、低 温冲 击强度 、负
目前正在研究如何将碳纳米管注入塑料或其他材料 中, 从而帮助提
高复 合材 料 的性 能 。
塑料 ( 聚甲基丙烯酸 甲酯 )常常用来替代玻璃 ,是一种不易
年产 优质新 型复 合 材料 6 万吨 、 阳能单 晶硅 等切 割粉 体 2 吨 , 太 万 航 天、 航海 军工 等科 技领 域使 用 的纳米 复合 材料 10 吨 , 实现 综合 00 可 产值 l 亿 多元 ,安置 就 业 岗位 60 O 0 多个 , 一 可创 利税 超亿 元 。 一年 ( 作 者: 吕锦武 李玉 峰)
每磅五美金 ,比纳米管或蒸汽生成的碳光纤要来的便宜得多。 碳纳米管能改变的远不只是传导率。 美国国家标准与技术研究
院 (1r研究 发现碳 纳米 管添加 到 P NS ) P里面 , 不只改 善材料 的强 度及
量”的总体要求,提出规划建设加合工业园区的设想,主要利用化 隆县丰富的电力、矿产等资源优势 , 中发展新型硅材料 工业。纳 集 米复合材料工程项 目分三期建设 , 其中一期整体项 目建成后可实现
和 性能 补充 功能 的材料 同时添 加混 配 , 单一 的母料 助剂 同时具 有 使 多 种改 性功 能 。各 种材 料 混配 及 添加 至树 脂 中相 容性 好 。
逐 渐开 始取 代微 型分子 复合材 料 。碳 纳米管 是一 种 自然 的选
择 , 因为 它 们 异 常 坚 韧 , 尤 其 是 多 壁 碳 纳 米 管 可 嵌 套 多 达 5 0 个 碳 纳 米 管 。 虽 然 碳 纳 米 管 在 显 著 提 高 材 料 强 度 上 取 得 了 不
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在过去的三年中, 欧洲一家非常大的汽车 O M公司添加碳纳 E
分布 的 问题 并 没有解 决 。这 已经成 为 目前发展 纳米复 合材料
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近年来 ,化隆县根据省委提出 “ 四区、两带、一线”的发展
战略和 海 东 “ 园区 引领 、产 业集 中、培 育主体 、县域 有别 、提效 增
性能,而且可以改变熔融聚合物的流动状况 ,切实去除模 口膨胀。
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