碳纳米管与石墨烯
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，由于具有独特的化学性质和物理性能，石墨烯（Graphene）和碳纳米管（CNT）在材料科学和工程领域受到了越来越多的关注。
石墨烯和碳纳米管具有优良的传热、良好的电学和机械性能，因此在工业应用时具有较高的竞争力。
研究表明，将石墨烯和碳纳米管分散到橡胶中可以显著提高橡胶的电磁屏蔽性能、电磁可调性和耐磨性能。
然而，由于这两种纳米材料的尺寸极小，从而产生了困难的分散问题，因此分散技术一直是本领域研究的热点和难点。
研究表明，分散石墨烯和碳纳米管在橡胶中的有效性受特殊处理前悬浮液的特殊调整影响。
一般而言，为了将石墨烯和碳纳米管分散到橡胶中，必须使用表面活性剂、聚合物、离子溶剂和水溶性增稠剂。
一方面，表面活性剂的作用是为了改善石墨烯和碳纳米管的分散性，同时也可以抑制它们之间的结合。
另一方面，聚合物和水溶性增稠剂可以有效增强石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散效果。
除此之外，石墨烯和碳纳米管在橡胶中分散性还受石墨烯和碳纳米管表面修饰的影响。
研究表明，通过在石墨烯和碳纳米管表面改变各种化学基团，可以有效地改变其在橡胶中的分散状态。
此外，可以采用一种称为“基体法”的方法来改善石墨烯和碳纳米管的分散性。
该方法通过将石墨烯和碳纳米管与某种无机基体结合，从而有效地抑制它们之间的结合，从而提高石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性和分散效果。
另外，研究发现，石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性还受到橡胶组成、石墨烯和碳纳米管的尺寸和形状以及生产工艺等因素的影响。
在橡胶中，当含量越高时，其电磁屏蔽性能会有所提高，而当含量较低时，其电磁屏蔽性能则会降低。
因此，为了使石墨烯和碳纳米管在橡胶中发挥最大作用，必须根据不同应用情况来选择合适的含量。
另外，石墨烯和碳纳米管的尺寸和形状对其在橡胶中分散效果也有很大的影响。
通常情况下，较长的碳纳米管比较容易分散，而较短的碳纳米管则很难分散。
另外，石墨烯和碳纳米管的改性还可以改变其在橡胶中的分散性。
碳浆成分及导电的原理
碳浆成分及导电的原理碳浆是一种由碳纳米管或石墨烯等碳基纳米材料与溶剂混合而成的胶体体系。
它具有许多优异的性质，如导电、导热、力学强度高、化学稳定性好等，因此在许多领域中得到广泛应用，如电子器件、能源存储、传感器等。
碳浆的成分主要包括碳基纳米材料和溶剂。
常见的碳基纳米材料有碳纳米管和石墨烯。
碳纳米管是由碳原子以一定方式排列而成的中空管状结构，具有优异的导电性能和力学性能。
石墨烯是由一个碳原子层构成的二维材料，其具有高导电性和高机械强度。
碳纳米管和石墨烯等碳基纳米材料的选择主要考虑其导电性能和成本因素。
溶剂是碳纳米材料和其他添加剂的载体，起到溶解、分散和稳定材料的作用。
常见的溶剂有水、有机溶剂如乙醇和异丙醇等。
使用不同的溶剂可以调控碳浆的粘度、稳定性和加工性能。
碳浆的导电原理与碳基纳米材料的导电性有关。
碳纳米材料具有优异的电子输运性能，其导电性与其结构和形状密切相关。
碳纳米管和石墨烯具有一维和二维的π共轭结构，这种结构特殊性能使其电子在材料内部快速传输。
碳纳米管和石墨烯的等效导电性可以通过乌尔巴赫方程和漏磁测量等方法进行测定。
碳纳米材料在溶剂中的分散性也是影响碳浆导电性的重要因素之一。
如果碳纳米材料分散均匀，能够形成导电网络，电子可以在材料内快速传输，导电性能会显著提高。
而如果碳纳米材料聚集成团，导致电子传输路径受阻，导电性能会降低。
因此，碳浆中的分散剂在制备过程中起到很重要的作用，能够有效提高碳浆的导电性能。
此外，碳浆中添加的其他组分，如导电聚合物、氧化物纳米颗粒等，也可以影响碳浆的导电性能。
导电聚合物能够与碳纳米材料形成导电网络，增强碳浆的导电性。
氧化物纳米颗粒在碳浆中具有高导电性和良好的分散性，能够提高碳浆的导电性。
总的来说，碳浆的导电原理与碳基纳米材料的导电性以及碳纳米材料的分散性密切相关。
通过选择适当的碳基纳米材料和溶剂，以及添加合适的组分，可以实现具有优异导电性能的碳浆。
碳浆的导电性使其成为许多领域中的重要功能材料，具有广阔的应用前景。
碳纳米管的力学性能研究
碳纳米管的力学性能研究碳纳米管是石墨烯卷曲而成的空心圆柱体，具有许多优异的力学性能，因此在纳米科技领域备受关注。
本文将就碳纳米管的力学性能进行研究和讨论。
第一部分：碳纳米管的力学性质1. 碳纳米管的弯曲强度：研究表明，碳纳米管的弯曲强度非常高，可以承受较大的外力而不易断裂。
这得益于其高度结晶的晶格结构以及碳原子之间的强键结合。
2. 碳纳米管的拉伸强度：碳纳米管的拉伸强度也是其重要的力学性能之一。
实验研究发现，碳纳米管的拉伸强度可以达到数百至数千GPa，高于大多数其他材料的强度值。
3. 碳纳米管的弹性模量：碳纳米管的弹性模量决定了其在变形时的回复能力。
理论计算表明，碳纳米管的弹性模量可以超过1 TPa，远高于传统材料如钢铁和铝。
第二部分：碳纳米管的应用1. 碳纳米管在纳米机械领域的应用：碳纳米管的优异力学性能使其成为纳米机械领域中的理想候选材料。
例如，在纳米机器人的制造中，碳纳米管可以用作结构支撑，以确保纳米机器人的强度和稳定性。
2. 碳纳米管在强化复合材料中的应用：由于碳纳米管具有优异的强度和刚度，它可以用来增强传统的复合材料，如玻璃纤维和聚合物基复合材料。
这样的复合材料在航空航天和汽车制造等领域有广泛的应用。
3. 碳纳米管在生物医学领域的应用：碳纳米管还可以用于生物医学领域。
其高度结晶的结构和生物相容性使其成为药物传输和组织工程等方面的理想材料。
第三部分：碳纳米管的挑战和未来发展1. 残余应力：在制备碳纳米管过程中，由于温度和压力的影响，碳纳米管内部常常存在残余应力。
这种残余应力可能导致碳纳米管的力学性能下降，因此需要进一步研究和解决。
2. 大规模制备：目前，碳纳米管的大规模制备仍然面临挑战。
高成本和制备工艺的复杂性限制了碳纳米管的广泛应用。
随着技术的进步和研究的深入，相信碳纳米管在未来的应用领域中将会有更大的突破和发展。
我们可以期待碳纳米管的力学性能研究为纳米科技和材料科学领域带来更多的创新和应用。
碳纳米管和石墨烯简介
碳纳米管的应用
纳米金属催化剂 载体,利用碳纳米管的 高比表面及良好的吸 氢能力，成功制备了 负载 Pt纳米粒子的高 效加 氢催化剂。
碳纳米管的应用
无碳纳米管（左）和有碳纳米管（右） 情况下的大肠杆菌对比照片 一项最新研究表明，单壁碳纳米管能够严重破坏大 肠杆菌等细菌的细胞壁，从而将其杀灭。将有助于解 决细菌抗药性这一日益突现的问题。
石墨烯的应用
超级电容器：
超级电容器是一个高效储存和传递 能量的体系，它具有功率密度大，容量 大，使用寿命长，经济环保等优点，被 广泛应用于各种电源供应场所。石墨烯 拥有高的比表面积和高的电导率，不像 多孑L碳材料电极要依赖孔的分布，这使 它成为最有潜力的电极材料。以石墨烯 为电极材料制备的超级电容器功率密度 为10kW／kg，能量密度为28．5Wh ／kg，最大比电容为205F／g，而且 经过1200次循环充放电测试后还保留 90％的比电容，拥有较长的循环寿命。 石墨烯在超级电容器方面的潜在应用受 到更多的研究者关注。
A brief introduction of
应化0902
张一恒
碳纳米管
碳纳米管是在1991年1月由日本筑波NEC实验室 的物理学家饭岛澄男使用高分辨率分析电镜从电弧法生产 的碳纤维中发现的。它是一种管状的碳分子，管上每个碳 原子采取SP2杂化，相互之间以碳-碳σ键结合起来，形成 由六边形组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的骨架。每个碳 原子上未参与杂化的一对p电子相互之间形成跨越整个碳 纳米管的共轭π电子云。按照管子的层数不同，分为单壁 碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有 纳米尺度，几万根碳纳米管并起来也只有一根头发丝宽， 碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数 百微米。 碳纳米管不总是笔直的，局部可能出现凹凸的现 象，这是由于在六边形结构中混杂了五边形和七边形。出 现五边形的地方，由于张力的关系导致碳纳米管向外凸出。 如果五边形恰好出现在碳纳米管的顶端，就形成碳纳米管 的封口。出现七边形的地方碳纳米管则向内凹进。
导电最好的材料
导电最好的材料在现代科技领域，导电材料是一种非常重要的材料，它们可以在电子、通讯、能源等领域发挥重要作用。
导电材料是一种能够传导电流的材料，它们可以通过导电性能来实现电子设备的正常工作。
在众多导电材料中，有一些材料具有更好的导电性能，本文将介绍一些导电最好的材料。
首先，碳纳米管是一种导电性能非常优秀的材料。
碳纳米管具有优异的导电性能和机械性能，其导电性能远远超过铜和铝等传统金属材料。
碳纳米管具有很高的载流子迁移率和热导率，可以在微电子器件中发挥重要作用。
由于碳纳米管的独特结构和优异性能，它被认为是一种非常理想的导电材料。
其次，石墨烯也是一种导电性能非常出色的材料。
石墨烯是一种由碳原子构成的二维晶格结构，具有非常优异的导电性能和热导率。
石墨烯具有高达200,000S/cm的电导率，是铜的数倍，而且还具有非常好的柔韧性和透明性。
由于石墨烯的独特性能，它被广泛应用于柔性电子、光电子等领域。
除了碳基材料外，金属材料中的银也是一种导电性能非常优秀的材料。
银具有很高的电导率和热导率，是一种非常理想的导电材料。
在电子器件中，银材料可以作为导线、电极等部件，发挥重要作用。
由于银的优异导电性能，它被广泛应用于电子、通讯等领域。
此外，导电聚合物也是一种导电性能较好的材料。
导电聚合物是一种将导电性能与聚合物材料相结合的材料，它具有较好的导电性能和机械性能。
导电聚合物可以通过掺杂导电填料或者控制分子结构来实现导电性能，可以在柔性电子、光电子等领域发挥重要作用。
综上所述，碳纳米管、石墨烯、银和导电聚合物都是导电性能非常优秀的材料。
它们在电子、通讯、能源等领域发挥着重要作用，是现代科技领域不可或缺的材料。
随着科技的不断进步，相信会有更多导电性能优秀的材料出现，为人类社会的发展带来更多的惊喜和便利。
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究
石墨烯和碳纳米管在橡胶中的分散性研究近年来，石墨烯和碳纳米管作为具有巨大潜力的有机非金属纳米材料，在多领域应用中受到了广泛的关注。
橡胶是具有最高绝缘性的橡胶，具有杰出的电磁屏蔽性、阻尼性、抗紫外线性等特性，因此，将石墨烯和碳纳米管引入橡胶中作为其填料，已成为新兴的研究方向。
一方面，将石墨烯和碳纳米管添加到橡胶中，可以实现橡胶的性能改善。
首先，随着碳纳米管和石墨烯含量的增加，橡胶性能的硬度会因为分散体系中碳纳米管和石墨烯结构之间的作用力而大大增加。
时，加入碳纳米管和石墨烯后，由于碳纳米管和石墨烯的高热导率，橡胶的热导率也会大大提高，这有利于橡胶材料在高温环境中的使用。
外，由于碳纳米管和石墨烯具有杰出的抗紫外线性，因此，将这些材料添加到橡皮中可以有效改善橡皮材料的耐光性。
另一方面，碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性也很重要。
其主要特点是尺寸小，它们的长度和直径都小于15nm，且具有极高的表面积和可改性性。
果碳纳米管和石墨烯的分散性越好，则它们的性能改善也会越好。
因此，研究人员集中精力研究碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性问题。
为了提高碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性，研究人员在合成制备碳纳米管和石墨烯时采用了多种方法。
首先，可以采用共沉淀法，利用交联剂将碳纳米管和石墨烯与橡胶基体共沉淀，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。
，可以采用改性水溶性聚合物的方法，利用含水物质的活性基团改性碳纳米管和石墨烯，使它们与橡胶相容，从而更有效地分散到橡胶中。
外，研究人员还可以采用改性外接性聚合物的方法，向碳纳米管和石墨烯表面涂覆外接性聚合物，使其与橡胶具有良好的相互作用，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。
在调控碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性方面，研究人员还采取了更多的手段，比如利用有机溶剂调节碳纳米管和石墨烯的可溶性，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。
外，也可以采用添加剂和超声提散技术，使液体分散体系更加稳定，从而改善碳纳米管和石墨烯在橡胶中的分散性。
纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯性能的第一原理研究
纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯性能的第一原理研究纳米金刚石、碳纳米管、石墨烯是当今材料科学领域备受关注的研究热点。
这些材料具有独特的结构和特性，广泛应用于电子器件、能源储存、催化剂等领域。
本文将以第一原理计算的方法探究纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的特殊性能。
首先，我们来介绍纳米金刚石。
纳米金刚石是由碳原子通过化学气相沉积等方法制备而成的一种材料。
它具有极高的硬度和优异的导热性能。
通过第一原理计算，我们可以得到纳米金刚石的电子结构和声子谱。
研究发现，纳米金刚石比传统金刚石更加稳定，表面能也更低，这使得它在催化剂和传感器等领域有着广阔的应用前景。
接下来，我们转向碳纳米管。
碳纳米管是由石墨烯卷曲而成的一维结构材料。
它具有良好的导电性、导热性和力学性能。
在第一原理计算中，我们可以研究碳纳米管的带隙和能带结构，揭示其导电性质的来源。
碳纳米管的直径和卷曲方式对其电子结构和机械性质有着重要影响。
研究发现，碳纳米管可以用作场效应晶体管、纳米电子器件和传感器等多种应用。
最后，我们来讨论石墨烯。
石墨烯是由单层碳原子构成的二维晶体材料。
它具有出色的电子传导性、光学透明性和强度。
通过第一原理计算，我们可以研究石墨烯的结构、能带和振动谱。
研究发现，石墨烯具有线性色散关系的能带结构，这赋予了它独特的电子输运性质。
石墨烯可以用于柔性电子器件、储能器件和光电器件等多个领域。
纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的研究不仅局限于理论计算，也需要与实验相结合。
实验可以验证理论预测的性质，并探索这些材料的合成和应用。
此外，通过材料设计和工程的手段，还可以调控和优化纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的特性，进一步提高其性能和应用潜力。
总结来说，纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯具有独特的结构和特性，通过第一原理计算可以深入研究它们的性质。
这些材料在电子器件、能源储存和催化剂等领域有着广泛的应用潜力。
随着材料科学的不断进步，相信纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯的研究将会取得更多重要的突破和应用综上所述，纳米金刚石、碳纳米管和石墨烯是具有独特结构和特性的新兴材料。
石墨烯复合碳纳米管添加量对锂离子电池性能的影响
第３９卷第３期２０２０年３月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹＶｏｌ.３９㊀Ｎｏ.３Ｍａｒｃｈꎬ２０２０石墨烯复合碳纳米管添加量对锂离子电池性能的影响李晓俊ꎬ张金华ꎬ郑㊀刚ꎬ汪㊀伟ꎬ倪江秀ꎬ王金龙(合肥国轩高科动力能源有限公司ꎬ合肥㊀２３００１０)摘要:研究了石墨烯复合碳纳米管添加量对锂离子电池性能的影响ꎮ结果表明ꎬ随着石墨烯复合碳纳米管的加入ꎬ能有效的降低极片的膜片电阻率ꎬ当石墨烯复合碳纳米管增加到一定量(１.０ｗｔ％)时ꎬ电阻率变化减缓甚至不变ꎮＥＩＳ结果表明ꎬ在０.５ｗｔ％ＳＰ添加量基础上ꎬ石墨烯复合碳纳米管的最优添加量为１.０ｗｔ％ꎬ能获得相对较低的电极阻抗ꎮ电性能表现上ꎬ０.５ｗｔ％ＳＰ和１.０ｗｔ％石墨烯复合碳纳米管(即ＧＮʒＣＮＴ＝３ʒ７)的导电剂配方的电池循环性能较为优异ꎬ在１Ｃ电流密度下放电比容量最高为１３８.２ｍＡｈ/ｇꎬ且在此基础上循环４００周后ꎬ放电容量保持率为９５.３％ꎻ该配方电池的倍率性能也相对较优ꎬ其５Ｃ放电比容量是０.５Ｃ的７１.４％ꎬ该组导电剂配方有着相对较小的电池阻抗ꎮ关键词:石墨烯复合碳纳米管ꎻ渗透曲线ꎻ电阻率ꎻ电化学性能ꎻ电性能中图分类号:ＴＭ９１１㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０２０)０３￣０８９６￣０５ＥｆｆｅｃｔｏｆＡｄｄｉｔｉｏｎｏｆＧｒａｐｈｅｎｅ￣ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓＬＩＸｉａｏｊｕｎꎬＺＨＡＮＧＪｉｎｈｕａꎬＺＨＥＮＧＧａｎｇꎬＷＡＮＧＷｅｉꎬＮＩＪｉａｎｇｘｉｕꎬＷＡＮＧＪｉｎｌｏｎｇ(ＨｅｆｅｉＧｕｏｘｕａｎＨｉｇｈ￣ｔｅｃｈＰｏｗｅｒＥｎｅｒｇｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＨｅｆｅｉ２３００１０ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬｔｈｅｆｉｌｍｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｃａｎｂｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｒｅｄｕｃｅｄꎬｗｈｅｎｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｎｃｒｅａｓｅｔｏａｃｅｒｔａｉｎａｍｏｕｎｔ(１.０ｗｔ％)ꎬｔｈｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｃｈａｎｇｅｓｓｌｏｗｏｒｅｖｅｎｔｈｅｓａｍｅ.ＴｈｅＥＩＳｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆ０.５ｗｔ％ＳＰａｍｏｕｎｔꎬｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃａｎｏｂｔａｉｎｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍａｄｄｉｎｇａｍｏｕｎｔｏｆ１.０ｗｔ％ｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｌｏｗｅｌｅｃｔｒｏｄｅｉｍｐｅｄａｎｃｅ.Ｉｎｔｅｒｍｓｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｔｈｅｂａｔｔｅｒｙｃｙｃｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｆｏｒｍｕｌａｏｆ０.５ｗｔ％ＳＰａｎｄ１.０ｗｔ％ｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ＧＮʒＣＮＴ＝３ʒ７)ｉｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｅｘｃｅｌｌｅｎｔ.Ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｓｐｅｃｉｆｉｃｃａｐａｃｉｔｙｉｓ１３８.２ｍＡｈ/ｇａｔａｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｏｆ１Ｃꎬａｎｄｔｈｅｒｅｔｅｎｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｄｉｓｃｈａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙｉｓ９５.３％ａｆｔｅｒ４００ｗｅｅｋｓｏｆｃｙｃｌｉｎｇ.Ｔｈｅｒａｔｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｂａｔｔｅｒｉｅｓｉｓａｌｓｏｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｇｏｏｄ.Ａｔａｃｕｒｒｅｎｔｄｅｎｓｉｔｙｏｆ５Ｃꎬｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｄｉｓｃｈａｒｇｅｃａｐａｃｉｔｙｉｓ７１.４％ｏｆ０.５Ｃ.Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｈａｓｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｍａｌｌｂａｔｔｅｒｙｉｍｐｅｄａｎｃｅ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｕｒｖｅꎻｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙꎻｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙꎻｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ基金项目:国家重点研发计划(２０１６ＹＦＢ０１００３０４)作者简介:李晓俊(１９８３￣)ꎬ男ꎮ主要从事锂离子电池及系统应用体系研究和验证ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｘｉａｏｊｕｎ＠ｇｏｔｉｏｎ.ｃｏｍ.ｃｎ０㊀引㊀言磷酸铁锂锂离子电池被广泛用于电动汽车动力电源领域ꎬ其中动力电池的内阻对电动汽车在运行时的充放电过程㊁循环寿命有较大影响ꎬ而磷酸铁锂自身导电性能差[１]ꎬ为了能在磷酸铁锂锂离子电池中提供优良电子移动的通道ꎬ在活性物质之间㊁活性物质与集流体之间收集微电流ꎬ减小电极的接触电阻ꎬ电池制作时添加导电助剂[２￣４]加速电子的移动速率是非常重要的ꎬ此外合理比例的导电剂也可以提高极片加工性ꎬ促进㊀第３期李晓俊等:石墨烯复合碳纳米管添加量对锂离子电池性能的影响８９７电解液对极片的浸润ꎬ有效提高锂离子在电极材料中的迁移速率[５￣６]ꎬ降低极化ꎮ锂离子电池正极导电添加剂已经从初始的炭黑(ＳＰ)等传统导电剂ꎬ发展到现今的高级导电剂碳纳米管(ＣＮＴ)㊁石墨烯(ＧＮ)等ꎬ并已得到广泛的应用ꎬ然而各自存在各自的优缺点:导电炭黑属初级粒子属于零维球体[７￣１０]ꎬ与正极颗粒间为点对点接触且导电系数低ꎬ搭建导电网络需求导电剂量较大ꎬ不利提高电池能量密度ꎮ碳纳米管属一维材料ꎬ与正极材料间为点与线的接触ꎬ导电系数高ꎬ添加少量即可满足电性能要求ꎬ但其与炭黑相比极片膨胀率大ꎬ不易分散[１１￣１３]ꎮ石墨烯为二维材料ꎬ与正极材料间为点与面的接触ꎬ扩大了正极材料与导电剂的接触ꎬ易搭建导电网络ꎬ能有效的减小极片内阻ꎬ但是其具有较强的范德华力ꎬ易团聚㊁分散困难[１４￣１７]ꎮ目前ꎬ导电剂主要以多元混合使用为主ꎬ主要以导电炭黑㊁石墨烯㊁碳纳米管在与正极材料间构筑 点㊁线㊁面 三维协同输运的导电网络[１８]ꎮ但在实际生产中ꎬ选用合适的导电剂配方㊁用量及合理的工艺参数对获得相对低的电池阻抗㊁较高的放电容量和良好的循环性能是非常重要的ꎮ１㊀实㊀验１.１㊀原料及仪器石墨烯复合碳纳米管导电剂(ＧＮʒＣＮＴ＝３ʒ７)(青岛产)ꎬＳＵＰＰＥＲＰＬＩꎬ碳包覆磷酸铁锂(ＬｉＦｅＰＯ４/Ｃ)正极材料(合肥国轩材料有限公司ꎬ>９９.９％)ꎬＰＶＤＦ(ＨＳＶ９００ꎬ法国阿科玛)ꎬＮＭＰ(电池级ꎬ山东长信)ꎬ隔膜(上海恩捷ꎬ１４ＰＥ)ꎬ电解液(１ｍｏｌ/ＬＬｉＰＦ６ＥＣ/ＤＭＣ(１ʒ１)ꎬＧＳＬＸ￣１ꎬ杉杉新材料(衢州)有限公司)ꎬ锂铜复合带(江苏产)ꎬ自转公转搅拌机ＴＨＩＮＫＹＭＩＸＥＲ(ＡＲＥ￣３１０日新基公司)ꎬ电动封口机(深圳市铭瑞祥科技有限公司)ꎬ真空干燥箱(ＤＺＦ￣６０２１ꎬ上海精密实验设备有限公司)ꎬ精密电子天平(ＦＡ１１０４ꎬ上海舜宇恒平科学仪器有限公司)ꎬ手套箱(ＭＩＫＲＯＵＮＡ)ꎬ自动膜厚涂覆机(ＡＦＡ￣ＩＩＩꎬ合肥科晶材料技术有限公司)ꎬ电动辊压机(ＭＲ１００Ｂꎬ合肥科晶材料技术有限公司)ꎮ１.２㊀制㊀备如表１所示ꎬ试验设计表中试验１~５包含５种不同石墨烯复合碳纳米管导电剂含量所得到的正极配方ꎬ试验６为对比试验ꎮ经合浆㊁涂布后分别取样测试正极片的外观形貌㊁辊压后极片电阻率ꎻ负极采用锂铜复合带与上述６种制备的正极片组装成４０ｍｍˑ５０ｍｍ的单片软包锂离子电池ꎬ并对其电化学性能进行研究ꎮ表１㊀试验设计Ｔａｂｌｅ１㊀Ｄｅｓｉｇｎｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ/ｗｔ％Ｎｏ.ＬｉＦｅＰＯ４ＰＶＤＦＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔ１ꎬＳＰＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔ２ꎬＧＮʒＣＮＴ(３ʒ７)１９７.５２０.５０.０２９７.０２０.５０.５３９６.５２０.５１.０４９６.０２０.５１.５５９５.５２０.５２.０６９５.０２３.００.０１.３㊀表征与测试分析采用场发射电子显微镜(ＦＥＩ￣ＳＥＭ)和四探针膜片电阻率仪测试制得的极片表面形貌和极片电阻率ꎻ采用电化学工作站进行ＥＩＳ分析以及采用高性能电池检测系统对表１中试验组装成软包电池进行电池循环㊁倍率性能测试分析ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀正极片电阻率变化分析从渗透曲线图１得到导电剂添加量与极片电阻率的关系图ꎮ可以看出在导电剂１为０.５ｗｔ％ＳＰ条件下ꎬ随着导电剂２添加量的增加极片电阻率先显著降低ꎬ石墨烯㊁碳纳米管的加入能有效降低正极片的电阻８９８㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷图１㊀渗透曲线Ｆｉｇ.１㊀Ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｕｒｖｅ率ꎬ当导电剂２添加量达到１.０ｗｔ％后ꎬ电阻率变小趋势减缓ꎬ甚至不变ꎮ随着导电成分的加入ꎬ体系电阻率随着导电网络的连续而变小ꎬ直至形成连续的导电网络后ꎬ体系的电阻率不变或下降缓慢ꎮ２.２㊀正极片表面形貌根据图２极片的ＳＥＭ照片可以看出试验１㊁２㊁３㊁４㊁６中ＳＰ㊁碳纳米管㊁石墨烯分散均匀ꎬ同时制浆涂布过程没有发生异常ꎮ试验１中０.５ｗｔ％ＳＰ分散较为稀疏ꎬ未构建连续的导电网络ꎻ添加石墨烯和碳纳米管符合浆料的极片分布均匀㊁连续ꎻ同时也可以看出试验５中导电剂中也存在片径较大的石墨微片ꎬ推测在合浆制片中石墨烯微片发生团聚ꎮ图２㊀正极片ＳＥＭ照片Ｆｉｇ.２㊀ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆｃａｔｈｏｄｅｐｌａｔｅｓ２.３㊀交流阻抗ＥＩＳ分析图３㊀不同导电剂含量电池的电化学阻抗谱Ｆｉｇ.３㊀ＥＩＳｓｐｅｃｔｒａｏｆｂａｔｔｅｒｉｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ由图３交流阻抗谱ＥＩＳ可以看出ꎬ在表１中的试验设计下ꎬ在导电剂１均为０.５ｗｔ％ＳＰ下ꎬ随着导电剂２即石墨烯复合碳纳米管添加量的增加ꎬ整体阻抗先减小后增大ꎮ导电剂２添加量具体表现为:添加量为０ｗｔ％时ꎬＲＣＴ为０.７０２９Ωꎻ当添加量为０.５ｗｔ％时ꎬＲＣＴ为０.５８７Ωꎻ当添加量为１.０ｗｔ％ꎬＲＣＴ为０.３６５Ωꎮ当添加量达到１.５ｗｔ％及以上时ꎬ电荷转移阻抗ＲＣＴ反而变大ꎬ当添加量为１.５ｗｔ％时ꎬＲＣＴ为０.６１２Ωꎬ当添加量为２.０ｗｔ％时ꎬＲＣＴ为０.６Ωꎮ由于石墨烯的比表面积为２０００ｍ２/ｇꎬ是ＳＰ比表面积的３０倍ꎬ当这种导电剂加入极片ꎬ一方面ꎬ石墨烯㊁碳纳米管与炭黑㊁活性物质搭建 点㊁线㊁面 三维导电网络ꎬ能有效减少导电剂的使用量ꎬ增加活性物质的量ꎬ并降低电第３期李晓俊等:石墨烯复合碳纳米管添加量对锂离子电池性能的影响８９９㊀池内阻ꎬ提高电池能量密度ꎻ另一方面ꎬ石墨烯㊁碳纳米管的加入会使电极表面变得粗糙ꎬ对电极表层吸附层产生影响以及溶液导电性引起的弥散效应等ꎬ导致石墨烯复合碳纳米管在电池中需要吸收更多电解液浸润和消耗更多的锂离子形成ＳＥＩ膜ꎬ且石墨烯本身的六元环结构能阻碍锂离子的传输ꎮ上述结果显示在导电剂１为０.５ｗｔ％ＳＰ添加量条件下ꎬ石墨烯复合碳纳米管的最优添加量为１.０ｗｔ％ꎬ能获得更低的电极阻抗ꎬ同时推测出ꎬ石墨烯复合碳纳米管导电剂添加量少无法提供足够的离子电子交换位点ꎬ过量则会阻碍锂离子在电解液中的传输ꎮ２.４㊀电性能分析２.４.１㊀循环性能图４为循环性能图ꎬ在常温２５ħ下ꎬ１Ｃ充放电流密度下ꎬ放电比容量分别为:试验１为１３４.１ｍＡｈ/ｇ㊁试验２为１３５.７ｍＡｈ/ｇ㊁试验３为１３８.２ｍＡｈ/ｇ㊁试验４为１３８.１ｍＡｈ/ｇ㊁试验５为１３６.７ｍＡｈ/ｇ㊁试验６为１３６.１ｍＡｈ/ｇꎮ其中试验１和试验２在３２０周左右放电比容量有明显 跳水 现象ꎬ可能原因是添加０.５ｗｔ％ＳＰ的导电体系电池ꎬ经过循环后导电网络破坏严重ꎬ无法提供有效的电子传导ꎻ而试验３(０.５ｗｔ％ＳＰ＋１.０ｗｔ％ＧＮ＠ＣＮＴ)有着最高的放电比容量ꎬ且循环４００周后ꎬ放电容量保持率为９５.３％ꎮ图４㊀不同导电剂含量样品的循环曲线Ｆｉｇ.４㊀Ｃｙｃｌｅｃｕｒｖｅｓｏｆｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ图５㊀不同导电剂含量样品的倍率性能图Ｆｉｇ.５㊀Ｒａｔｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｓａｍｐｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｇｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔ２.４.２㊀倍率性能从倍率性能图５上看ꎬ０.２Ｃ电流密度下五组试验放电比容量相差不大ꎬ０.５Ｃ到５Ｃ放电比容量开始出现较大变化ꎮ１Ｃ㊁２Ｃ电流密度下可以看出ꎬ试验１㊁试验５配比电池容量相对有所衰减ꎬ试验１容量下降是因为导电剂量不足无法快速转移电子ꎮ试验５㊁试验４配比电池尤为明显ꎬ原因可能是小倍率下ꎬ导电剂对电池化学阻抗影响较小ꎬ体系仍以电子电导率为主ꎬ石墨烯㊁碳纳米管等高端导电剂在导电性上占据优势ꎬ而在大倍率下ꎬ特别是３Ｃ及以上ꎬ石墨烯片层结构锂离子传输阻碍较为明显ꎬ化学阻抗影响占主导ꎬ过多的石墨烯反而增大体系阻抗不利于离子传输ꎮ而试验３在０.５ｗｔ％ＳＰ和１.０ｗｔ％石墨烯复合碳纳米管导电剂(即ＧＮʒＣＮＴ＝３ʒ７)的导电剂配方下电池倍率性能相对较优ꎬ其５Ｃ放电比容量是０.５Ｃ的７１.４％ꎮ３㊀结㊀论通过研究了石墨烯复合碳纳米管导电剂添加量对锂离子电池性能的影响ꎬ得到的结果如下:(１)从ＳＥＭ照片上可知所制备的添加石墨烯复合碳纳米管导电剂的极片活性物质与导电剂分布相对均一㊁无明显团聚现象ꎮ(２)随着石墨烯复合碳纳米管导电剂的加入ꎬ能有效的降低极片的膜片电阻率ꎬ当石墨烯复合碳纳米管导电剂增加到一定量(１.０ｗｔ％)时ꎬ电阻率变化减缓甚至不变ꎬＥＩＳ结果表明ꎬ在０.５ｗｔ％ＳＰ添加量基础上ꎬ石墨烯复合碳纳米管的最优添加量为１.０ｗｔ％ꎬ能获得相对较低的电极阻抗ꎮ(３)电性能上ꎬ０.５ｗｔ％ＳＰ和１.０ｗｔ％石墨烯复合碳纳米管(即ＧＮʒＣＮＴ＝３ʒ７)的导电剂配方的电池性能较为优异ꎬ在１Ｃ电流密度下放电容量最高ꎬ为１３８.２ｍＡｈ/ｇꎬ且在此基础上循环４００周后ꎬ放电容量保持率９００㊀陶㊀瓷硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３９卷为９５.３％ꎻ该配方电池的倍率性能也相对较优ꎬ其５Ｃ放电比容量是０.５Ｃ的７１.４％ꎬ该导电剂配方有着相对较小的电池阻抗ꎮ综上所述ꎬ尽管导电剂在电池体系中所占的分量较少ꎬ但其发挥的作用不容忽视ꎬ如:可以改善电池容量发挥㊁循环㊁倍率性能等ꎬ现今高端导电剂已被广泛使用ꎬ可以在一定程度上降低导电剂的使用量ꎬ提高电池的能量密度ꎮ而多元导电剂混合使用将是未来导电剂降低使用量ꎬ提高能量密度开发的主要方向ꎮ参考文献[１]㊀ＮｉｓｈｉｍｕｒａＳＩꎬＫｏｂａｙａｓｈｉＧꎬＯｈｏｙａｍａＫꎬｅｔａｌ.ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｄｉｆｆｕｓｉｏｎｉｎＬｉｘＦｅＰＯ４[Ｊ].ＮａｔｕｒｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２００８ꎬ７(９):７０７￣７１１.[２]㊀张庆堂ꎬ瞿美臻ꎬ于作龙.锂离子电池导电剂研究进展[Ｊ].化学通报ꎬ２００６ꎬ６９(１):１￣８.[３]㊀王国平ꎬ张庆堂ꎬ瞿美臻ꎬ等.纳米级碳导电剂的种类对ＬｉＣｏＯ２电化学性能的影响[Ｊ].应用化学ꎬ２００６ꎬ２３(１２):１３８５￣１３９０. [４]㊀靳尉仁ꎬ卢世刚ꎬ庞㊀静.导电剂分布状态对锂离子电池性能的影响[Ｊ].电池ꎬ２０１０ꎬ４０(６):２９７￣２９９.[５]㊀刘㊀露ꎬ戴永年ꎬ姚耀春.导电剂对锂离子电池性能的影响[Ｊ].材料导报ꎬ２００７ꎬ２１(Ｓ１):２６７￣２６９.[６]㊀李庆余ꎬ张志杰ꎬ胡丽娜ꎬ等.石墨烯对磷酸铁锂基正极材料锂离子电容器电化学性能的影响[Ｊ].矿冶工程ꎬ２０１７(６):１４２￣１４５. [７]㊀ＣｈｅｎＴＱꎬＰａｎＬＫꎬＬｉｕＸＪꎬｅｔａｌ.Ａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｓｔｕｄｙｏｎｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎａｎｏｃａｒｂｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅａｄｄｉｔｉｖｅｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｐｈｙｓｉｃｓꎬ２０１３ꎬ１４２(１):３４５￣３４９.[８]㊀ＹａｎｇＪꎬＺｈｏｕＸＹꎬＬｉＪꎬｅｔａｌ.Ｓｔｕｄｙｏｆｎａｎｏ￣ｐｏｒｏｕｓｈａｒｄｃａｒｂｏｎｓａｓａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ＆Ｐｈｙｓｉｃｓꎬ２０１２ꎬ１３５(２￣３):４４５￣４５０.[９]㊀ＬｉＪＸꎬＺｈａｏＹꎬＤｉｎｇＹＨꎬｅｔａｌ.Ｆｅ２Ｏ３ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｃｏａｔｅｄｏｎｆｅｒｒｏｃｅｎｅ￣ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄｓｉｎｇｌｅ￣ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓａｓｓｔａｂｌｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｏｎｇ￣ｔｅｒｍｃｙｃｌｉｎｇ[Ｊ].ＲｓｃＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１２ꎬ２(１０):４２０５￣４２０８.[１０]㊀ＺｈａｏＤＤꎬＷａｎｇＹꎬＺｈａｎｇＹＦ.Ｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＬｉ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓａｎｄｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｐｒｏｓｐｅｃｔｉｖｅ１￣Ｄｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ[Ｊ].Ｎａｎｏ￣ＭｉｃｒｏＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１１ꎬ３(１):６２￣７１.[１１]㊀ＹａｎｇＸＦꎬＱｉｎＪＬꎬＪｉａｎｇＹꎬｅｔａｌ.ＢｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌＴｉＯ２/Ａｇ３ＰＯ４/ｇｒａｐｈｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｓｕｐｅｒｉｏｒｖｉｓｉｂｌｅｌｉｇｈｔｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｙｎｅｒｇｉｓｔｉｃｉｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｏｆｂａｃｔｅｒｉａ[Ｊ].ＲｓｃＡｄｖａｎｃｅｓꎬ２０１４ꎬ４(３６):１８６２７￣１８６３６.[１２]㊀ＺｈａｏＹꎬＬｉＪＸꎬＷａｎｇＮꎬｅｔａｌ.ＩｎｓｉｔｕｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆＬｉ２ＦｅＳｉＯ４ｃｏａｔｉｎｇｏｎＭＷＮＴａｓａｈｉｇｈｒａｔｅｃａｔｈｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙꎬ２０１２ꎬ２２(３６):１８７９７￣１８８００.[１３]㊀ＨａｎＦＤꎬＢａｉＹＪꎬＬｉｕＲꎬｅｔａｌ.Ｔｅｍｐｌａｔｅ￣ｆｒｅｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓｏｆｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｈｏｌｌｏｗｃａｒｂｏｎｎａｎｏｓｐｈｅｒｅｓｆｏｒｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｉｎｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１１ꎬ１(５):７９８￣８０１.[１４]㊀ＰａｌａｃｉｎＴꎬＫｈａｎｈＨＬꎬＪｏｕｓｓｅｌｍｅＢꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗｉｔｈｐｏｒｐｈｙｒｉｎｄｅｎｄｒｏｎｓｖｉａｃｌｉｃｋｃｈｅｍｉｓｔｒｙ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙꎬ２００９ꎬ１３１(４２):１５３９４￣１５４０２.[１５]㊀ＦａｎＺＪꎬＹａｎＪꎬＷｅＴꎬｅｔａｌ.Ｎａｎｏｇｒａｐｈｅｎｅ￣ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｆｉｂｅｒｓｇｒｏｗｎｏｎｇｒａｐｈｅｎｅｓｈｅｅｔｓｂｙｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ:ｈｉｇｈ￣ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＡＣＳＮａｎｏꎬ２０１１ꎬ５(４):２７８７￣２７９４.[１６]㊀ＰｏｎｒｏｕｃｈＡꎬＰａｌａｃíｎＭＲ.ＯｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｏｆｔｈｅｓｌｕｒｒｙｍｉｘｉｎｇｐｒｏｃｅｄｕｒｅｉｎｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓｆｏｒＬｉ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ:ａｃａｓｅｓｔｕｄｙｆｏｒｍｅｓｏｃａｒｂｏｎｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ(ＭＣＭＢ)ｇｒａｐｈｉｔｅａｎｄＣｏ３Ｏ４[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓꎬ２０１１ꎬ１９６(２２):９６８２￣９６８８. [１７]㊀ＬｉｎＦＦꎬＳｏｎｇＨＨꎬＴｉａｎＳＱꎬｅｔａｌ.Ｆｅ１.５Ｔｉ０.５Ｏ３ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓａｓａｎａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ[Ｊ].ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａꎬ２０１２ꎬ８３(１２):３０５￣３１０.[１８]㊀ＺｈｕＹꎬＢａｉＹＪꎬＨａｎＦＤꎬｅｔａｌ.Ｏｎｅ￣ｓｔｅｐｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｓｉｘ￣ａｒｍｅｄＦｅ３Ｏ４ｄｅｎｄｒｉｔｅｓｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｃｏａｔｉｎｇａｐｐｌｉｃａｂｌｅｆｏｒａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｏｆｌｉｔｈｉｕｍ￣ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓＬｅｔｔｅｒｓꎬ２０１１ꎬ６５(１９):３１５７￣３１５９.。
- 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)。
• • • • •
A：氧化开管后修饰 B：侧壁共价修饰 C：侧壁非共价修饰 D：包埋功能化 E：内腔功能化
2018/10/15
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853.
11
化学修饰
共价键修饰是在碳 米管表面上共价地连 接一些适宜的基团， 使CNTs表面和聚合物 之间产生化学键连接, 以改善其溶解度。
2018/10/15
24
• 20世纪70年代,Clar等利用化学方法合成一系列具 有大共轭体系的化合物,即石墨烯片。 • Schmidt 等科学家对其方法进行改进 , 合成了许多 含不同边缘修饰基团的石墨烯衍生物,但这种方法 不能得到较大平面结构的石墨烯。
• 2004 年 ,Geim 等以石墨为原料 , 通过微机械力剥离 法得到一系列叫作二维原子晶体的新材料—“石墨 烯(graphene ) ”。
超支化聚合物修饰的 CNTs 具有核壳结构 , 分子的壳 层高度支化,末端聚集大量的活性官能团，粘度低、溶解 性能好，分子之间无缠结，因此表现出许多线形聚合物 修饰的所不具有的特殊性能，如良好的溶解性，低溶液 粘度，高反应活性，并且可以通过封端反应加以改性。
张梓军等.超支化聚合物修饰碳纳米管的研究进展[J].材料导报.2012，26：144-148
2018/10/15
王保民等。碳纳米管的表面修饰及分散机理研究[J]. 中国矿业大学学报.2012，41：758-763
14
化学修饰
⒈ WMCNTs的表面与GA长链的吸附作用， GA长链平 躺在WMCNTs表面，形成空间位阻层，分散性不好。 ⒉ 随着GA质量浓度的逐渐增加，其大量 分子自动聚集于WMCNTs表面，
形成胶束，亲水性最佳。
⒊ 浓度继续增加，胶束之间的 渗透压导致WMCNTs重新团聚。
2018/10/15
Hale Waihona Puke 15化学修饰＊共价修饰
超支化聚合物具有三维球形的高度支化的分子结构，分 子间不会发生交联。具有低粘度、高流变性、良好的溶解性， 为提高CNTs的分散性提供了有利条件。
2018/10/15
16
化学修饰
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯
2
3
4
2018/10/15
总结
1
1.简介
化学修饰
用吸附、涂敷、聚合、化 学反应等方法把活性基团 或催化物质等附着在电极 表面，保护电极或改进电 极特征功能的工艺过程。
2018/10/15
2
1.简介
碳纳米管（Carbon Nanotube）： 又称巴基管与石墨、金刚石一 样,也是碳的同素异构体。 无缝中空管状的碳分子，管上 每个碳原子采取sp2杂化，相互之间 碳-碳σ 键结合起来，形成由六边形 组成的蜂窝状结构作为碳纳米管的 骨架。径向为纳米级，轴向为微米 级。
旋转的碳纳米管分子示意图： 小圆球代表碳原子，它们之间 的长条形连接物代表化学键。
3
2018/10/15
/wiki/%E7%A2%B3%E7%BA%B3%E7%B1%B3%E7%AE%A1
1.简介
长度： 0.1～50μm 直径： 2～30nm 层数： 2～50 层间距： 0.34±0.01nm
非共价键修饰利用 有效的溶剂化作用和 表面活性剂或天然生 物大分子化合物包裹 在碳纳米管外壁以增 加其溶解性。
2018/10/15
12
化学修饰
＊非共价修饰
表面活性剂 GA 由亲水性的极性基团和憎 水性的非极性基团所构成。是一种高分子长链， 混合物在两相界面间具有良好的吸附能力，且 黏度较低，分子能定向地排列于任意两相之间 的界面层中，使界面的不饱和力场得到某种程 度的补偿，从而使界面张力降低。
2018/10/15 22
• Carbon Nanotube是具有石墨结构并且按一 定规则卷曲形成的纳米级管状结构的孔状 材料。 • 石墨烯可以包裹形成零维富勒烯；它也可 以卷起来形成一维的碳纳米管；同样，它 也可以层层堆叠构成三维的石墨。
2018/10/15
23
• 石墨烯是由碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成 的，其基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六 元环，其理论厚度仅为0.35 nm，是目前所发现的 最薄的二维材料。
2018/10/15 17
化学修饰
共价键修饰改性碳纳米管 利用氧化剂（强酸）等对碳纳米管进行化学 切割，可使CNTs开口并在其表面接枝上一定数 量的活性基团（羧基、羟基）等，再通过活性基 团与超支化大分子反应，从而实现的超支化共价 修饰。
2018/10/15
18
进展
检测血糖浓度的生物传感器，在玻碳电极表 面形成碳纳米管 / 壳聚糖膜 / 空壳纳米钯均匀致密 稳定的修饰层,制备了用于测定葡萄糖的新型无酶 传感器。该传感器可以快速地实现电极与葡萄糖 之间的直接电子转移，有良好的稳定性。
沈健,黄杉生.空壳纳米钯-碳纳米管修饰的无酶葡萄糖传感器的研究[J].2012，32: 21-25
2018/10/15 19
石 墨 烯
？
2018/10/15
20
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯 总结
21
2
3
4
2018/10/15
石墨烯
• 1. 结构性质
• 2. 制备方法 • 3.修饰改性 • 4.应用举例
无论多壁管还是单壁管都具有很高的长径比， 一般为100～1000，最高可达1000～10000， 完全可以认为是一维分子。
长度： 1～50μm 直径： 0.75～ 3nm
2018/10/15 4
主要内容
1
简介 碳纳米管 石墨烯 总结
5
2
3
4
2018/10/15
碳纳米管
2018/10/15
2018/10/15
13
化学修饰
改善多壁碳纳米管（WMCNTs）在水体系中的分散性， 以阿拉伯 胶 （ GA ） 为分散剂 （ SAA ） ，采用 SAA 超 声处理法对WMCNTs进行修饰。 通过GA分子长链的包覆改善WMCNTs的亲水性和 分散性，进而表现出对 WMCNTs 具有较好的分散稳 定性。
优点：性能及应用 碳纳米管制备 缺点：化学修饰 碳纳米管的进展
6
性能
2018/10/15
7
应用
2018/10/15
8
制备方法
多壁CNTs
电弧法
单壁CNTs
2018/10/15
聂海瑜。碳纳米管的制备[J]，塑料工业。2004，32（10）：11。
9
化学修饰
化学修饰
2018/10/15
10
化学修饰