碳纳米管薄膜制备及应用研究进展
碳纳米管抗静电薄膜的制备及性能测试研究

称量纯度 90%的 SWCNT15 mg,分析纯 SDBS150 mg 加入到 15 ml 蒸馏水中,水浴超声 10 ~ 30 min,探头超声 70 min,在离心 机中 8 000 r / min 离心 15 min,取出全部上清液。在水浴锅中,温 度调节到 65 ℃ ,磁力搅拌器低速搅拌,边搅拌边加入和 SWCNT 质量比 是 1: 50 的 TX -100 ( 50 ml) ,缓 慢 加 入,然 后 加 入 和 SWNCT 质量比 1: 1 的 WPU,恒温搅拌 10 min 左右,取出溶液探 头超声数分钟配好溶液待用。 1.3 碳纳米管抗静电薄膜的制备
把用丙酮清洗干净的 PET 薄膜固定在加热板上,吸取一定 量的溶液,用刮膜棒刮出均匀的薄膜,烘干。采用两种方法处理 TAF,第一: 将刮好的薄膜在蒸馏水中浸泡 30 ~ 40 min 左右,在鼓 风干燥箱中 80 ℃ 烘干,用蒸馏水清洗 3 遍,烘干,蒸馏水浸泡 30 min 烘干,此方法记作水洗抗静电薄膜( 水洗 TAF) ; 第二: 将刮 好的薄膜先放在蒸馏水中浸泡 10 ~ 20 min 左右,在鼓风干燥箱 中 80 ℃ 烘干,用蒸馏水清洗 3 遍,烘干,浓硝酸浸泡 30 min,清洗 烘干,此方法记作酸处理抗静电薄膜( 酸处理 TAF) 。
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1.4 抗静电薄膜性能测试
[收稿日期] 2016 07 10 [基金项目] 天津市自然科学基金项目( 15JCZDJC37900; 15JCTPJC55700;
15YFXQGX00070) 资助 [通信作者] 耿宏章( 1967-) ,博士,教授,主要研究方向为碳纳米
材料,E -mail: genghz@ tjpu.edu.cn
[摘 要] 介绍一种较为绿色环保的制备抗静电薄膜的方法。用水作溶剂,十二烷基苯磺酸钠做分散剂,超声分散碳纳米管,水浴
碳纳米管的制备方法有哪些?

碳纳米管的制备方法有哪些?碳纳米管的制备方法有哪些?提到近期流行的新材料,就不得不提到碳纳米管,提到碳纳米管也就不能不提到它神奇的特性和广泛的应用,当然,还有它艰难的制备方法。
今天小编就来和大家聊一聊碳纳米管的制备方法有哪些。
催化裂解法催化裂解法是在600~1000℃的温度及催化剂的作用下,使含碳气体原料(如一氧化碳、甲烷、乙烯、丙烯和苯等)分解来制备碳纳米管的一种方法。
此方法在较高温度下使含碳化合物裂解为碳原子,碳原子在过渡金属-催化剂作用下,附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管。
催化裂解法中所使用的催化剂活性组分多为第八族过渡金属或其合金,少量加入Cu、Zn、Mg等可调节活性金属能量状态,改变其化学吸附与分解含碳气体的能力。
催化剂前体对形成金属单质的活性有影响,金属氧化物、硫化物、碳化物及有机金属化合物也被使用过。
电弧放电法电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。
电弧放电法的具体过程是:将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中,在两极之间激发出电弧,此时温度可以达到4000度左右。
在这种条件下,石墨会蒸发,生成的产物有富勒烯(C60)、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。
通过控制催化剂和容器中的氢气含量,可以调节几种产物的相对产量。
使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单,但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起,很难得到纯度较高的碳纳米管,并且得到的往往都是多层碳纳米管,而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。
此外该方法反应消耗能量太大。
有些研究人员发现,如果采用熔融的氯化锂作为阳极,可以有效地降低反应中消耗的能量,产物纯化也比较容易。
化学气相沉积法在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。
这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板,在800~1200度的条件下,气态烃可以分解生成碳纳米管。
这种方法突出的优点是残余反应物为气体,可以离开反应体系,得到纯度比较高的碳纳米管,同时温度亦不需要很高,相对而言节省了能量。
纳米科技论文

碳纳米管性质及其应用研究进展碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素最大的特点之一是存在着众多的同素异形体,形成许许多多结构和性质完全不同的物质。
长期以来,人们一直认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,从此开启人类对碳认识的新阶段。
1991年,日本NEC公司基础研究实验室的电镜专家S.Lijima在用电子显微镜观察石墨电弧法制备富勒烯产物时,发现了一种新的碳的晶体结构--碳纳米管(CarbonNanotubes,CNTs),自此开辟了碳科学发展的新篇章,也把人们带人了纳米科技的新时代。
碳纳米管的结构,形象地讲是由含六边形网格的石墨片卷曲而成的无缝纳米级圆筒,两端的“碳帽”由五边形或七边形参与封闭,根据石墨片层数的不同,碳纳米管可分为单壁管和多壁管。
由于其结构上的特殊性(径向尺寸为纳米量级,轴向尺寸为微米,甚至毫米量级),它表现为典型的一维量子材料,并具有许多异常的力学、电学、光学、热学和化学性能。
碳纳米管在制备、结构、性能、应用等方面引起了物理学、化学和材料学等科学家的极大兴趣,均取得了重大的成果。
近几年来,随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入,其广阔应用前景也不断显现出来。
1碳纳米管的结构和性能碳纳米管可以看作是石墨片绕中心轴按一定的螺旋角度卷绕而成的无缝圆筒,碳原子间是sp2杂化,它具有典型的层状中空结构特征,管径在0.7-30nm之间,长度为微米量级,管身是由六边形碳环组成的多边形结构,两端由富勒烯半球形端帽封口。
碳纳米管的螺旋度通常用螺旋矢量Ch=na1+ma2表示,其数值等于碳纳米管的周长,其中n,m为整数,a1、a2是石墨晶格的基矢(图1)。
在二维石墨晶片上,给定一组(n,m)便确定了一个矢量Ch。
另一个重要参量是Ch与a1,间夹角θ,称为手性角。
当n=m,θ=30°时,称其为扶手椅形碳纳米管;当m=0,θ=0°时,称其为锯齿形碳纳米管;而当0°<θ<30°时形成的所有其他类型均是手性碳纳米管(图2)。
碳纳米管薄膜的制备及其超疏水性研究

o .cnige c o i ocp ( E , as i i l t nmcocp ( E ,ot t nl gn m t drem t d Sa n l t nm c soe S M) t nms o e c o i soe T M) cna g i e r n o e r n er r r sn er r ca e o o e a h e
近几年来 ,超疏水表面在 自清洁材料 …、微流体 减阻 和生物 医用材料 等领域 的广泛应 用价值 吸 引 了众多研 究人员 的关 注。碳 纳米 管 ( N s 薄膜 C T) 由于其特殊 的结构和微观尺度下潜在 的应用 价值 ,在 这些 领 域 内也 得 到 了越 来 越 广 泛 的研 究。E bsn b ee 等 对无序碳纳米管 材料 的浸润性 进行 了详 细研究 , 发现其很容易被水润湿 。翟锦等人 用高温裂解酞菁 金 属络合物方法制备 了定 向碳 纳米管 薄膜 ,经氟化 以 后表现 出超双疏 的性质 ,这一发 现为无 氟超 疏水表面 材料 的研究提供 了新 的思路 。Sn等 又报道 了通过 u 化 学气相 沉积 法 ( V C D)在 阵列 硅模 板 表 面沉积 出 三维各 向异性 的定 向碳纳米管 ,发现 随着硅模板柱状 阵列 间隙的减小 ,沉积 出来 的碳纳米管薄膜表现为先 亲水 ,再疏水 ,后又亲水的特性 ,这一成果开创 了材 料表 面润湿性能的可控研究 。王志刚等 在溶 液中用 s 一
The Pr pa a in o r n Na o u e ims a d Is S p r y r p o iiy e r to fCa bo n t b s F l n t u e h d o h b ct
L n i Ga g
( col f ehnc n l tcl nier g E s C i i t gU i r t, ac ag i gi 3 03 C ia Sh o o cai adEe r a E g ei , at h aJ o n nv syN nhn a x 3 0 1 ,hn ) M l a c i n n n ao ei Jn
碳纳米管薄膜

碳纳米管薄膜碳纳米管薄膜是由碳纳米管组成的一种薄膜材料。
碳纳米管是由碳原子构成的纳米级管状结构,具有优异的力学、电学和热学性能。
碳纳米管薄膜由于其独特的结构和性能,被广泛应用于电子学、光电子学、能源储存和传感器等领域。
碳纳米管薄膜具有优异的力学性能。
碳纳米管的直径非常小,通常在纳米级别,但其强度却非常高,可以承受很大的拉伸力。
这使得碳纳米管薄膜具有良好的韧性和柔韧性,可以在各种复杂的形状和表面上制备成膜。
碳纳米管薄膜的高强度和柔韧性使其具有很大的应用潜力,可以用于制备柔性电子设备和柔性光电器件。
碳纳米管薄膜具有优异的电学性能。
碳纳米管是一种半导体材料,具有特殊的电子输运性质。
碳纳米管薄膜可以用作电极材料或导电薄膜,具有低电阻率和高电流密度的特点。
此外,由于碳纳米管的高载流子迁移率和较低的电子散射率,碳纳米管薄膜还具有优异的导电性能和电子传输性能。
因此,碳纳米管薄膜可以应用于高性能电子器件和集成电路的制备。
碳纳米管薄膜还具有优异的热学性能。
碳纳米管的热导率非常高,远远超过传统的热导材料。
碳纳米管薄膜可以应用于制备高效的热导材料,用于散热和热管理。
此外,碳纳米管薄膜还具有良好的热稳定性和耐高温性能,可以在高温环境下稳定工作。
因此,碳纳米管薄膜在电子器件和光电器件的散热和热管理方面具有广阔的应用前景。
碳纳米管薄膜还可以应用于能源储存领域。
由于碳纳米管具有大比表面积和丰富的孔隙结构,碳纳米管薄膜可以用作电容器、超级电容器和锂离子电池的电极材料。
碳纳米管薄膜的高比表面积可以增加电极材料与电解质的接触面积,提高电极的容量和能量密度。
碳纳米管薄膜还可以应用于传感器领域。
由于碳纳米管的高比表面积和敏感性,碳纳米管薄膜可以用于制备高灵敏度的气体传感器、化学传感器和生物传感器。
碳纳米管薄膜可以通过吸附、吸附剂和电子传输等多种机制来实现对气体、化学物质和生物分子的检测和识别。
碳纳米管薄膜传感器具有高灵敏度、快速响应和良好的选择性,具有广泛的应用前景。
碳纳米管的性能及应用领域

碳纳米管的性能及应用领域碳纳米管作为一维纳米材料,重量轻,六边形结构连接完美,具有很多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料讨论的深入其广阔的应用前景也不断地呈现出来。
一、碳纳米管的性能1.1力学性能不同类型的碳纳米管碳纳米管具有良好的力学性能,碳纳米管的硬度与金刚石相当,却拥有良好的柔韧性,可以拉伸。
碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相像,但其结构却比高分子材料稳定得多。
碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。
若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲乏性及各向同性,给复合材料的性能带来极大的改善。
1.2导电性能碳纳米管制成的透亮导电薄膜碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域键,由于共轭效应显著,碳纳米管具有一些特别的电学性质。
碳纳米管具有良好的导电性能,由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同,所以具有很好的电学性能。
对于一个给定的纳米管,在某个方向上表现出金属性,是良好的导体,否则表现为半导体。
对于这个的方向,碳纳米管表现出良好的导电性,电导率通常可达铜的1万倍。
1.3传热性能采纳了碳纳米管涂层的热水器内胆碳纳米管具有良好的传热性能,碳纳米管具有特别大的长径比,因而其沿着长度方向的热交换性能很高,相对的其垂直方向的热交换性能较低,通过合适的取向,碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。
另外,碳纳米管有着较高的热导率,只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。
二、碳纳米管的应用2.1电子领域碳纳米电子管(CNTS)是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。
其导电本领不同于一般的导体。
性能方面的区分取决于应用,或许是优点,或许是缺点,或许是机会。
在一理想纳米碳管内,电传导以低温漂轨道传播的,假如电子管能无缝交接,低温漂是计算机芯片的优点。
诸如电连接等的混乱极大地修改了这行为。
对十较慢的模拟信号的处理速度,四周环围着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被试验证明。
碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用

碳纳米管的性能及其在海水淡化中的应用摘要碳纳米管是近年来国内外广泛关注的一类纳米材料,具有一维特征孔道结构,能够有效促进液体分子的传输速率,是理想的海水淡化膜分离材料。
通过将其引入到常用的海水淡化膜基质中,借以提高膜的分离性能,逐渐成为膜分离领域的一个研究热点。
结了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏中的应用研究现状并分析了碳纳米管在反渗透、正渗透、膜蒸馏应用中的挑战,探讨了碳纳米管在海水淡化膜分离材料中的应用潜力。
1碳纳米管的结构与功能Kroto和Smalley于1985年首次发现了碳纳米管,直到1991年,由Iijima首次成功制备了碳纳米管。
碳纳米管是一种由单层或多层石墨烯同轴缠绕而成的柱状或层套状的管状物,碳原子以sp2杂化为主并混有sp3杂化。
碳纳米管性能优异,在微电子、生物医药和聚合物复合材料加固等方面应用潜力巨大。
碳纳米管具有独特的本征空腔结构,输水能力超强,水分子在碳纳米管中的传输速度比理论计算的高出几个数量级。
Hummer等采用分子动力学模拟水分子在碳纳米管中的流动行为,并提出了水分子在碳纳米管中的快速输送机理:首先,水分子在碳纳米管内部形成强力、规则的氢键,利于水分子快速通过;其次,碳纳米管内腔疏水、无极性,与水分子之间的相互作用非常弱,水分子能够无摩擦地通过碳纳米管。
Thomas等通过研究水分子在不同直径和长度的碳纳米管内的传输动力学,证明碳纳米管的内径对水分子的传输速度起决定作用。
随着内径的增大,水分子在碳纳米管中的构型逐渐由线性链变为堆叠五边形和六边形,最后成为无规则水流(见图1)。
当碳纳米管内径为0.83nm时,水分子成线性链,流速达到最大。
脱盐效果优异是碳纳米管在膜分离技术应用中的另一个重要性能。
碳纳米管的内径和尺寸排阻效应与毛细管行为的临界尺寸相当,能够在内壁形成能垒,只允许水分子通过,而水合离子则需要克服能垒后通过。
碳纳米管的内径对离子截留率的影响至关重要,当内径由0.66nm增大到0.93nm时,脱盐率由100%降低到95%。
高品质碳纳米管宏量制备关键技术及产业化应用

高品质碳纳米管宏量制备关键技术及产业化应用高品质碳纳米管(CNTs)的宏量制备关键技术及其产业化应用是材料科学领域的一个研究热点,因为它们在众多领域具有广阔的应用潜力。
以下是一些关于这一主题的关键点:1. 宏量制备技术:目前,已经实现了千吨级产量的多壁碳纳米管和单壁碳纳米管的批量制备。
这些技术包括化学气相沉积(CVD)、激光烧蚀、电弧放电等方法。
每种方法都有其优势和局限性,例如CVD方法适合生产高纯度和特定结构的碳纳米管,但成本较高;而电弧放电法则成本较低,但产品中可能含有较多杂质。
2. 结构控制:碳纳米管的性能在很大程度上取决于它们的结构,包括直径、长度、手性(螺旋)结构以及缺陷的数量和类型。
目前,结构缺陷和手性结构控制仍然是制约高性能碳基芯片应用的关键问题。
3. 应用领域:碳纳米管因其出色的力学、电学、热学性能,被广泛应用于能源存储与转化、复合材料、多相催化、环境保护及生物医药等领域。
例如,它们可以用作锂离子电池的电极材料,提高电池的能量密度和充放电速率。
4. 产业化挑战:尽管碳纳米管的生产已经达到千吨级别,但在产业化过程中仍面临一些挑战,如工业标准的制定、环境评估以及市场需求的不断拓展。
此外,为了实现大规模纳米产业,还需要进一步开发高性能碳纳米管的宏量制备技术和配套产业化技术。
5. 未来展望:随着技术的不断进步和市场需求的增长,高品质碳纳米管的宏量制备技术及其产业化应用将继续发展。
这包括提高生产效率、降低成本、改善产品质量以及开发新的应用领域。
同时,企业和研究机构需要密切关注市场动态,不断创新,以满足未来的市场需求。
综上所述,高品质碳纳米管的宏量制备关键技术及产业化应用是一个多学科交叉的领域,涉及材料科学、化学工程、机械工程等多个领域。
随着技术的进步和市场的发展,这一领域有望为社会的可持续发展做出重要贡献。
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1 碳纳米管薄膜的制备
1.1 高密度高取向碳纳米管膜的制备
由浮动催化化学气相沉积制备方法(FCCVD)所制备的薄膜具有良好的取向性,但密度较低。
然而,制备出的碳纳米管的丝带聚集在一起用乙醇溶液进行喷雾致密,当乙醇蒸发后形成一层疏松的碳纳米管膜,然后将疏松的碳纳米管薄膜从主轴上剥离出来放在两个光滑的压力为100N的压力板之间挤压,即可以获得高取向、高密度的CNT薄膜[1-2]。
如图1所示,为高密度、高取向碳纳米管薄膜的制备过程。
其中,图1(a)为高密度高取向碳纳米管薄膜的制备过程,图1(b)、图1(c)、图1(d)分别为碳纳米管丝带、疏松碳纳米管薄、高密度高取向碳纳米管薄膜膜宏观图像。
图1 高密度高取向碳纳米管薄膜的制备过程
1.2 浮动化学气相沉积法制备高强度薄膜
王健农教授课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法连续制备出碳纳米管宏观筒状物,并在开放大气环境下将
CNT
薄膜,图2(b)为拉伸曲线,图2(c)为端口形貌。
图2 所制备CNT薄膜、拉伸曲线和端口形貌综上所述可以看出,直接合成机械性能优异、高密度、高取向度的碳纳米管薄膜的研究工作还处于实验研究阶段。
要想获得可应用的具有优越性能的碳纳米管纤维和早日将其应用于实际生活,还需要做很多研究工作。
2 碳纳米管薄膜的应用
2.1 碳纳米管长度优化制备透明导电薄膜基板
初始长度为10~15μm多壁碳纳米管经过30min、60min和120min的回流,其长度分别降低到1200nm、205nm、168nm。
然后,将多壁纳米管分别在285℃退火24小时,所得碳纳米管薄膜的电气和光学性能将大大提高。
薄膜的光学和电气性能强烈依赖于碳纳米管的长度。
制备薄膜的多壁碳纳米管回流30min所得到的薄膜光学透过率分别高于回流60min和120min薄膜的2.6%和6.6%。
多壁碳纳米管回流30min所得的样品薄膜的薄层电阻也降低了45%和80%。
此时,薄膜还具有最小粗糙度[5-10]。
图3为透明导电薄膜基板。
2.2 碳纳米管薄膜在应力传感器中的应用
单壁碳纳米管兼具极优异的导电性、稳定性、柔韧性以及拉伸强度,因此在应力传感器方面有着巨大的应用潜力。
传统的碳纳米管应力传感器基于碳纳米管的电阻值变化监测外部应力的大小。
国家纳米科学中心孙连峰研究员小组的刘政在攻读博士期间发现,基于单壁碳纳米管薄膜两端的开路电压可以构建成功高性能的应力传感器。
他们利用极性液滴在悬空碳纳米管薄膜和液滴之间产生毛细管
摘 要:膜状碳纳米管保留了碳纳米管微观性状,也保留了优异的导电能力。
它具有良好的机械性能、独特的形貌与结构特征,在储能电池技术、人工肌肉、智能材料以及电子显示屏中的应用越来越普遍。
本文介绍碳纳米管薄膜的特点,对几种碳纳米管薄膜制备方法做了简要介绍说明。
通过对当前碳纳米管薄膜几大应用方向如超级电容、柔性电池以及场发射装置等的分析,展示了碳纳米管薄膜的巨大应用潜力。
关键词:碳纳米管薄膜 制备 超级电容 柔性电池
现开路电压的大小与薄膜应力、毛线管桥中心的移动速度和方向关系密切,如图4
所示。
这种基于电压的碳纳米管应力传感器的灵敏系数高达200,比基于电阻的应力传感器要高1~2个数量级。
图3 透明导电薄膜基板
图4 开路电压与相关因素的数量关系
3 结 语
以上介绍了碳纳米管薄膜的应用,但目前为止并没有对碳纳米管薄膜在湿环境中的力学性能控制机理做出精确描述,也未建立宏观的力学模型。
对于碳纳米管膜用锂电池的电极来说,薄膜要经受多个周期的充放电循环以及外界的冲击力,这对碳纳米管薄膜的力学性能提出了新的考验。
因此,未来研究要对碳纳米管薄膜在外载作用下液体环境中CNT 网络的变形机理,以及毛细力、范德华力、表面张力等微观作用对薄膜力学性能的影响作出分析,从而为碳纳米管薄膜应用于诸多湿环境提供理论基础。
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Research Progress of Preparation and Application of Carbon Nanotube Thin Films
GE Yong
(Tianjin vocational and technical normal university, Tianjin 300000 )
Abstract:Film - like carbon nanotubes retain the microscopic properties of carbon nanotubes, but also retain excellent electrical conductivity, good mechanical properties and unique morphology and structural characteristics in the energy storage battery technology, artificial muscle, intelligent materials and electronic display applications are more and more common. field emission device.
Key words : carbon nanotube film, capacitor, flexible battery。