CVD法制备碳纳米管阵列
7C60和碳纳米管
C60，碳纳米管和石墨烯※1985 发现了C60※1991 发现了碳Nanotubes※2004年发现了石墨烯※在C60被发现之前,人们只知道以单质形式存在的碳的同素异形体有：金刚石、石墨和无定形碳。
1960年以来，就有人猜测过中空形碳素分子存在的可能性。
C60是80年代中期新发现的一种碳原子簇，它是单质，是石墨、金刚石的同素异形体。
石墨：2D ; SP2杂化；层内为化学键，层间为范德华力；有导电性。
1980年英国Sussex大学的微波光谱学家Kroto教授通过研究星际云团和红巨炭星气团光谱中所见长链聚乙炔信号的契机,巧合地通过美国Rice大学的Curl与该校的Smalley共同合作,利用Smalley所创制的激光气化超声束流仪进行了相应的探索性研究,1985年, Kroto等以联合装置中的质谱仪进行分析,首次发现了质谱中存在着一批相应于偶数碳原子的分子的峰,导致了C60的发现。
富勒烯C60 ：1996 Nobel Prize in Chemistry※C60的结构研究表明,C60的直径为0.71 nm。
中心有一个直径约0.36 nm的空腔，由12个五元环和20个六元环组成的球形32面体。
C60的形状如足球的集束碳原子结构，就像美国未来派建筑学家Buckminser Fuller那充满灵性穹顶设计的绝妙翻版，于是C60得到了巴基球的美称，又称足球烯.同时C60这类球状碳单质分子也被称作为富勒烯。
※处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用sp2杂化轨道重叠形成σ键，每个碳原子的三个σ键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。
碳原子的三个σ键不是共平面的，键角约为118°，因此整个分子为球状。
每个碳原子用剩下的一个p轨道互相重叠形成一个含60个π电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。
分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。
C60 的表征：红外光谱，核磁共振，紫外-可见光谱及质谱。
含碳纳米管渗透汽化膜的制备及在生物乙醇分离中的应用
含碳纳米管渗透汽化膜的制备方法主要有以下几步：
1. 碳纳米管的合成：通常使用化学气相沉积（CVD）或电弧放电法等方法合成碳纳米管。
CVD法在一定的温度和压力下，使气态烃在催化剂的作用下裂解生成碳纳米管。
电弧放电法则利用高能电弧使烃类气体分解生成碳纳米管。
2. 渗透汽化膜的制备：将合成的碳纳米管与适当的溶剂混合，形成均匀的溶液。
然后，将溶液涂敷在适当的基材上，如聚四氟乙烯（简称PTFE）、聚酰亚胺（简称PI）等，并经过干燥和热处理，形成渗透汽化膜。
在生物乙醇分离中，含碳纳米管渗透汽化膜的应用如下：
1. 乙醇脱水：利用渗透汽化膜对水和乙醇的分离性能，可以将生物发酵液中的乙醇与水进行有效分离。
乙醇分子能够通过渗透汽化膜，而水分子被阻挡在膜的一侧，从而实现乙醇和水的分离。
2. 乙醇回收：在生物燃料乙醇的生产过程中，渗透汽化膜可用于从发酵液中回收乙醇。
通过将渗透汽化膜与蒸发器结合使用，可以进一步提高乙醇的回收效率。
3. 工业废水处理：工业生产过程中产生的废水中可能含有乙醇等有机溶剂。
通过使用含碳纳米管渗透汽化膜，可以将废水中的有机溶剂与水进行有效分离，实现废水的净化处理。
请注意，虽然含碳纳米管渗透汽化膜在生物乙醇分离中具有广泛的应用前景，但目前该技术仍处于研究和发展阶段。
未来还需要进一步优化制备工艺和提高膜的性能，以实现更高效、更环保的乙醇分离应用。
碳纳米管的合成和应用
碳纳米管的合成和应用碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是由纯碳构成的一种纳米材料，以其独特的物理和化学性质，在材料科学、生物医学等众多领域都有重要的应用和研究价值。
本文将从碳纳米管的合成方法、结构特征以及应用等方面进行讨论。
一、碳纳米管的合成方法碳纳米管最早是由日本科学家Sumio Iijima于1991年发现，并提出了一种制备碳纳米管的方法——电弧放电法。
该方法是通过电弧放电在高温下制备，得到的碳纳米管平均直径为10-20nm。
随后，人们发现在碳纳米管形成的高温条件下，化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition, CVD)也可以用来合成碳纳米管。
通过CVD法合成的碳纳米管平均直径可以达到数纳米级别。
此外，离子束辅助CVD、体积扩散法、等离子炮击法等方法也被用来合成碳纳米管。
这些方法各有优缺点，可以根据具体应用需求选择合适的方法。
二、碳纳米管的结构特征碳纳米管分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs)和多壁碳纳米管(Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWNTs)两种。
SWNTs是由一个或几个碳原子层叠而成的单层碳纳米管，直径在1-2nm左右；MWNTs则是由多层碳原子管叠加在一起构成的，直径在10-30nm左右。
SWNTs的结构主要包括芳香环、周边的螺旋结构以及端部的官能团等。
SWNTs具有高比表面积和高机械性能，同时还有超疏水性、高导电性和热导率等重要的物理和化学性质。
MWNTs的壁层数越多，直径越大，内壁和外壁之间的距离也越大。
MWNTs的直径越大，其比表面积也越小，但其机械性能就越强。
MWNTs和SWNTs相比，其电导率、热导率和力学性能都要略低。
同时，MWNTs相较于SWNTs更便于分散处理，应用更为广泛。
除了单壁和多壁两种结构外，根据碳纳米管的管径、手性和烯结构等进一步可将碳纳米管细分为不同类型，如外径为几百纳米的纳米线状碳纳米管和手性控制的带有特定电学性质的碳纳米管等。
碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜制备方法
碳纳米管膜的制备方法可以分为以下几种：
1. 化学气相沉积（CVD）：在高温下，将碳源（如甲烷）与
催化剂（如金属纳米颗粒）反应生成碳纳米管。
碳纳米管会在基底上自组装形成膜。
2. 涂覆方法：将碳纳米管悬浮液或溶液均匀涂覆在基底上，通过溶剂挥发、沉积和退火等处理使碳纳米管自组装成膜。
3. 过滤法：将碳纳米管悬浮液通过纳滤膜或滤纸等过滤器，过滤掉悬浮液中的溶剂和杂质，使碳纳米管在过滤器中形成薄膜。
4. 剥离法：将多壁碳纳米管和聚合物混合后，通过机械或化学方法将聚合物去除，留下碳纳米管薄膜。
这些方法各有优缺点，具体选择方法需要根据应用需求和实验条件进行考虑。
流化床CVD法制备单壁碳纳米管：反应温度与时间的影响
流化 床 Ｃ Ｄ法 制备 单 壁 碳 纳 米 管 ： Ｖ 反 应 温 度 与 时 间 的 影 响
张群峰 ， 余 皓 ， 罗国华 ， 骞伟 中， 魏 飞
（ 华 大 学 化 工 系 绿 色 反应 工 程 与 工 艺 北 京 市 重 点 实 验 室 ， 京 １０ ８ 清 北 ０ ０ ４）
米管领 域 的一个 很 大 挑 战 ， 接 影 响碳 纳米 管 的进 直
一
步 深入 研 究 及 在 下 游 产 品 的 应 用 。流 化 床 Ｃ ＶＤ
法 的反应 条件 相对 温和 ， 利 于反 应过 程 中的传 有 质 和传热 ， 大批量 制 备 Ｓ Ｎ ｓ 可行 的 方 法 之 是 ＷＣ Ｔ 最
摘
要 ： 基 于 负 载 法 Ｆ — Ｏ 体 系 催 化 剂 研 究 了化 学 气 相 沉 积 （ ＶＤ） 在 流 化 床 反 应 器 中反 应 温 度 和 时 间对 单 ｅＭｇ Ｃ 法
壁碳纳米管 （ ＷＣ Ｔ ） Ｓ Ｎ ｓ 生长 的影 响。通过气 相色谱对 尾气 进行实时在线分析 ， 获得 了 Ｃ 在反应过程 中的转 化率 Ｈ 随时间的变化规律。并 对 不 同反 应温 度 和反 应时 间所 获 产 品进 行 了 Ｔ Ｍ 、 ａ ｎ和 Ｔ Ａ 等表 征 。结 果 表 明 ， Ｅ Ｒ ｍａ Ｇ ９０℃是最佳 的反应温度 ， 应温 度过低会降低催化剂活性 ， 应温度 过高则容易使催化剂过快 失活。在合适 的反 ０ 反 反
应 温 度 下 ， 应 前 １ ｉ 化 剂 的 平 均 活 性 较 高 ， 够 得 到较 高 质 量 的 Ｓ Ｎ ｓ ０ｍｉ 催 化 剂 基 本 失 活 。 反 ０ｍ ｎ催 能 ＷＣ Ｔ ，１ ｎ后 关 键 词 ： 单 壁 碳 纳 米 管 ； 化 床 ； Ｖ 法 ； 应 时 间 ； 应 温 度 流 Ｃ Ｄ 反 反
碳纳米管的研究进展及应用
碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。
当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。
长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。
，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
多壁碳纳米管的CVD法制备
升温至催化剂的还原温度 ， 然后通还原气体 ， 待催化 剂活化 后 升温 至催 化 裂解 所 需 的 温度 ， 通 入 反应 再
气催化 裂解 ． 反应 结束 后反应 炉降 温至室 温 ， 到含 得
催化剂 的碳纳米 管 粗 产 物样 品 ． 课题 组 采 用 固定 本
催化 床设 备 ， ＬＮ 稀 土 合 金 作 催 化 剂 ， 作 以 ａｉ ＣＨ 碳源 ， 作 还原气 ， Ｃ Ｄ法 合 成 了纯 度较 高 的 多 Ｈ 经 Ｖ
收稿 日期 ： ０ ７０ ．４ ２０ —３ １
基金项 目： 广东省 自然科学基金资助项 目（０ ０ ９ ８ ） 广东省科技计划资助项 目（０６ １７ １１ ，０６ １７ １０ ） ０４ ０ ４ ７ ； ２０ Ｂ ４０ ０ ９ ２０ Ｂ ４０ ０９
作者简介 ： 林天津 （９ ２）男 ， １８． ， 硕士研究生 ， 主要研究方 向为材料物理化学．通讯作者 ： 朱燕娟 ， 教授 ，． ｉ ｚｕｊｚ ２．Ｏ Ｅｍａ ： ｈｙ ＠１６ ＣＢ ｌ ｇ
有催化剂种类 、 反应气体 、 裂解温度 、 反应时 间等．
关键词 ： 碳纳米管 ； Ｖ Ｃ Ｄ法 ； 催化剂 ； 综述 中图分类号 ： ６ ３ ７ ０ １． １ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ０７７６ （ ０７ ０ －０ １０ １０ －１２ ２０ ）４０ ０ －５ －
碳 纳 米 管 （ ａｂｎ ｎ ｎｔｂ ｓ Ｃ Ｔ ）自 １ ９ ｃｒｏ ａ ｏ ｅ ， Ｎ ｓ ｕ ９ １年
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２
广
东
工
业
大
学
学
报
第２ ４卷
装有 气体分 散器 ， 以便 气体 流 过后 能将 催 化剂 “ ” 吹
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碳纳米纤维的制备
碳纳米纤维的制备
碳纳米纤维是一种新型的纳米材料，具有很高的强度和导电性能，
具有广泛的应用前景。
下面将介绍碳纳米纤维的制备方法。
1. 化学气相沉积法（CVD）
这是一种常用的制备碳纳米纤维的方法，其基本原理是利用化学反应
在金属或陶瓷基板表面上生长碳纳米管，并将其转化为碳纳米纤维。
该方法具有高产率、成本低等优点，已成为碳纳米纤维制备的主流方
法之一。
2. 电弧放电法
该方法是首次发现碳纳米管的方法，也是一种常用的制备碳纳米纤维
的方法。
将两根石墨棒放在高温惰性气体环境中，利用电弧放电的方
式生成石墨烯，再在石墨烯表面上生长碳纳米管或碳纳米纤维。
该方
法具有成本低、高产率等优点。
3. 化学物质还原法
该方法是利用还原剂将金属离子还原生成金属颗粒，再在金属表面上
生长碳纳米管或碳纳米纤维。
该方法具有成本较低、易于操作等优点。
4. 热解法
该方法利用预制的高分子材料（如聚丙烯等）在高温下热解生成碳纳
米纤维。
该方法具有简单易行、成本低等优点。
以上几种方法均可以制备出高质量、高性能的碳纳米纤维，在纳米科技、材料科学等领域具有重要应用价值。