碳纳米管合成方式
碳纳米管简介
3）激光蒸发法. 这种方法是制备单壁纳米碳管的一种有效 方法。用高能CO2激光或Nd/YAG激光蒸发掺 有Fe、Co、Ni或其他合金的碳靶制备单壁纳 米碳管。用这种CO2激光蒸发法，在室温下 就可以得到单壁碳纳米管。
缺点： 单壁碳纳米管的纯度较低、易粘 结。
5.碳纳米管的独特性质
1)力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍 ,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一 个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比 方面，这种纤维是最理想的。
2) 电学性能 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。理论预测 其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。 当CNTs（碳纳米管 ）的管径大于6mm时， 导电性能下降；当管径小于6mm时，CNTs 可以被看成具有良好导电性能的一维量子 导线。
3) 热学性能 一维管具有非常大的长径比，因而大量热是 沿着长度方向传递的，通过合适的取向， 这种管子可以合成高各向异性材料。虽然 在管轴平行方向的热交换性能很高，但在 其垂直方向的热交换性能较低。适当排列 碳纳米管可得到非常高的各向异性热传导 材料。
4) 储氢性能 1997年，A. C. Dillon对单壁碳纳米管 (SWNT)的储氢性能做了研究，SWNT在0℃时 ,储氢量达到了5%。 DeLuchi指出:一辆燃料机车行驶500km,消耗 约31kg的氢气，以现有的油箱来推算，需 要氢气储存的重量和体积能量密度达到65% 和62kg/m3。 这两个结果大大增加了人们对碳纳米管储氢 应用前景的希望。
3.碳纳米管的分类
1)按形态分
普通封口型
变径型
洋葱型
海胆型
竹节型
2)按手性分
扶手椅型
锯齿型
常见纳米材料的制备技术
常见纳米材料的制备技术常见的纳米材料的制备技术包括下面几种：1. 碳纳米管（Carbon nanotube）制备技术：碳纳米管制备技术主要有化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）和电弧放电法（Arc Discharge）等。
在CVD法中，碳源（如乙炔）被加热至高温，通过催化剂（如金属等）的作用，在载气（如氩气）的存在下，生成碳纳米管。
而电弧放电法是将两个电极（通常是石墨电极）放在反应室中，然后通过电弧放电，产生高温和高压的条件，使得石墨电极产生纳米材料。
2. 金属纳米颗粒（Metal Nanoparticles）制备技术：金属纳米颗粒的制备技术主要有化学合成法和物理气相沉积法。
化学合成法中，通常采用还原剂将金属盐溶液中的金属离子还原为金属纳米颗粒。
而物理气相沉积法则是通过金属原料的物理蒸发，然后在特定条件下，使得蒸汽游离金属原子在气氛中沉积成为纳米颗粒。
3. 磁性纳米材料（Magnetic Nanomaterials）制备技术：磁性纳米材料的制备技术主要有化学合成法、溶胶凝胶法和物理气相法等。
化学合成法通常是将金属盐或配合物以及有机分子在一定条件下反应合成，形成磁性纳米颗粒。
溶胶凝胶法是通过将金属溶胶和凝胶剂混合，并在一定温度下处理、干燥和烧结，最终形成磁性纳米材料。
物理气相法则是通过物理蒸发和凝华的方式制备磁性纳米材料。
4. 量子点（Quantum Dots）制备技术：量子点的制备技术主要有化学合成法和气相法等。
化学合成法通常是通过控制金属离子或半导体离子的浓度和引入表面修饰剂等方法，控制反应过程中的核聚变和成核，最终形成具有量子效应的纳米晶体。
气相法则是通过物理蒸发和凝华的方式，在气氛中形成量子点。
除了上述常见的制备技术外，还有很多其他的纳米材料制备技术，如原子层沉积法、水热法、溶剂热分解法等。
这些制备技术的选择取决于所需纳米材料的性质和应用需求。
碳纳米管简介
加强基础研究和创新能力
深入研究结构与性能关系
进一步揭示碳纳米管的微观结构和性 能之间的关联，为新应用提供理论支 持。
探索新的合成方法
加强跨学科合作
与化学、物理、生物等学科进行交叉 合作，拓展碳纳米管的应用领域。
开展新合成方法的研究，实现碳纳米 管的绿色合成和可控合成。
建立产业联盟和创新平台
促进产学研合作
导电材料
碳纳米管具有优异的导电性能，可作为复合材料的导电填料，提高材料的导电性能。
半导体领域
晶体管
碳纳米管具有优异的半导体性能，可 用于制造高性能晶体管，提高集成电 路的性能和集成度。
传感器
碳纳米管具有较高的化学敏感性和光 电响应性，可用于制造高性能传感器 ，用于环境监测、生物医学等领域。
纳米电子领域
碳纳米管的应用领域
电池领域
电池电极材料
碳纳米管具有优异的导电性能和比表 面积，可作为高性能电池电极材料， 提高电池的能量密度和充放电效率。
电池隔膜材料
碳纳米管具有较高的机械强度和化学 稳定性，可用于制造高性能电池隔膜 ，提高电池的安全性和稳定性。
复合材料领域
增强材料
碳纳米管具有优异的力学性能和化学稳定性，可作为复合材料的增强剂，提高材料的强度和韧性。
化学反应性
碳纳米管具有较高的化学反应性，可以在高温下与多种氧化剂反应，也可以在催化剂的作 用下进行加氢反应。此外，碳纳米管还可以通过表面修饰改性来提高其化学反应性和相容 性。
表面基团
碳纳米管的表面可以含有多种基团，如羧基、羟基、羰基和环氧基等。这些基团的存在会 影响碳纳米管的化学反应性和相容性。
稳定性
碳纳米管简介
汇报人： 2023-12-15
碳纳米管
碳纳米管是由单层或多层石墨片围绕同一中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管结构，两端通常被由五元环和七元环参与形成的半球形大富勒烯分子封住，端口的结构遵循鼎足五边形定则和欧拉定理。
端帽大部分都被认为是在六方网格状的碳纳米管中掺杂着五元环或者七元环的拓扑缺陷。
每层纳米管的管壁是一个由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形网络平面所围成的圆柱面(图1)。
CNT根据管状物的石墨片层数可以分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)。
图1SWNT的结构示意图(1)单壁碳纳米管的结构单壁碳纳米管在概念上可被认为是卷起来的单层石墨烯，直径大小分布范围小、缺陷少，具有更高的均匀一致性，是理想的分子纤维。
SWNT的管径一般为0. 7～3. 0 nm，长度为 1～50 μm，是一种理想的纳米通道，可用作储氢材料、半导体及场发射材料等。
SWNT可看做是由单层石墨烯片卷曲成的，在石墨烯片层卷成圆柱体的过程中，边界上的悬空键随即结合，从而导致碳纳米管轴方向的随机性。
在一般的碳纳米管结构中，碳原子的六边形格子是绕成螺旋型的，碳纳米管具有一定的螺旋度，如果将SWNT的石墨烯面沿纵向展开，就呈现类似于石墨烯面的二维几何形态。
碳纳米管的结构参数都能够由( n，m) 指数来确定。
不同的( n，m) 对应不同的手性矢量、手性角、卷曲方式、直径和周长等结构参数。
根据卷起的方向矢量(n，m)不同，SWNT 大致可呈现金属性(n－m = 3k，k为整数，无能隙)或半导体性(n－m ≠ 3k，k为整数，有能隙)。
根据折起的外部形态的不同，SWNT可分为扶手椅式、锯齿式和手性式。
通常，当m=n 时，称为扶手椅型管; 当 m=0 时，称为锯齿型管; 其他则一般称为手性管。
图2 几种不同类型的单壁碳纳米管(2)多壁碳纳米管的结构MWNT是由几层到几十层石墨烯片同轴卷曲而成的无缝管状物。
其层数从2到50不等，层间距为±nm，与层间距 nm的石墨相当，且层与层之间排列无序。
碳纳米管的制备与纯化ppt课件
碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量 子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸 为微米量级、管子两端基本上都封口主要 由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十 层的同轴圆管。
.
碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成 的圆柱形管状物。 碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳 纳米管两类。 多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一 组同轴圆柱形管。 单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一 个圆柱形管。
.
.
碳纳米管的主要性质
.
二、制备方法
➲ 电弧放电法。（已用于工业化生产） ➲ 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 ➲ 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 ➲ 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。…………
.
➲ 碳源 石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧 法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技 术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热 解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、 硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化 合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特 别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳 材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳 米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。 如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适 用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也 可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞 菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均
➲ 激光蒸发法
.
Smalley 等制备C60时，在电极中加入一 定量的催化剂，得到了单壁碳纳米管。Thess 等改进实验条件，采用该方法首次得到相对较 大数量的单壁碳纳米管。实验在1 473 K条件 下，采用50 ns的双脉冲激光照射含Ni/Co催 化剂颗粒的石墨靶，获得高质量的单壁碳纳米 管管束。这种方法易于连续生产，但制备出的 碳纳米管的纯度低，易缠结，且需要昂贵的激 光器，耗费大。
催化法低温合成碳纳米管
２ 结果 和 讨 论
图１ 是产物的 Ｘ Ｄ图． Ｒ 它的（０ ） １１衍射峰很容易被标定 ， ０２ 和（０ ） 它与六方相的石墨相数据一致（Ｃ Ｄ ＪＰ Ｓ
４ —１ ８ ） １ ４７ ．
图 ２ａ是产物的Ｔ Ｍ 照片， （） Ｅ 图中显示了产物具有明显的管子形状 ， 这可从管壁深衬度可以看出． 从图 ２ （） ａ可以看出， 管子的直径的分布较宽 ． ２ｂ 是一个直径约为 １０ ｍ 的碳纳米管 Ｔ Ｍ 图， 图 （） ５ｎ Ｅ 插入 图 ２ ｂ 右 （）
上方的是它的选区电子衍射图 Ｓ Ｅ ， Ａ Ｄ 显示了一对清晰的弧形 ， 它与碳纳米管（０ ） ０ ２ 的衍射面相符合． 电子衍
关键词 ： 纳米管； 碳 溶剂热方法； 合成 中图分类号 ： ６ ３７ Ｑ ｌ ．１ 文献标识码： Ａ 文章编号 ： ０ — ４３ ２０ ）６ ０ ７ — ３ １ １ ２ ４ （０６０ — ５２ ０ ０
碳纳米管 自从 １９ 年被 Ｉｉ ａ ９１ ｉ 发现以来ｌ ， ｊ ｍ １ 由于它的独特的结构和特殊的化学和物理性质， ］ 以及 巨大
成碳纳米管． 产物用 Ｘ Ｄ、 Ｅ Ｈ Ｔ Ｍ 和拉曼光谱来分析表征 ， Ｒ Ｔ Ｍ、 Ｒ Ｅ 产品为多壁碳 纳米管， 直径约为 １０ｍ左右， ０ｎ 长度为几微米． 通过对 比实验证明 ｌ ｉ酸（ ｌ 在碳纳米管的形成 中起 了重要的作 ｅ ｓ Ｃ３ ｗ ）
用， 并提 出 了一种 可能 的反 应机 理 ． 方法也 可 用 于制备 其它碳 质材料 ． 本
作者简介 ： 余红英 （９５ ， １６ 一）浙江淳安人 ， 讲师
维普资讯
２ 卷第 ６ ９ 期
碳纳米管在碳纤维表面的组装方法
《碳纳米管在碳纤维表面的组装方法》一、引言碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米级管状材料，具有极强的韧性和导电性，因此在材料科学领域备受瞩目。
而碳纤维作为一种轻质高强度的材料，在航空航天、汽车制造和体育器材等领域有着广泛的应用。
将碳纳米管组装在碳纤维表面，不仅可以提升碳纤维的导电性能和力学性能，还可以拓展碳纳米管在材料领域的应用。
二、常见的碳纳米管组装方法1. 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）CVD是一种常见的碳纳米管合成方法，其原理是在高温下将碳源气体分解生成碳原子，再沉积在基底表面形成碳纳米管。
在碳纤维表面组装碳纳米管时，可以先在碳纤维表面沉积金属催化剂，然后通过CVD方法在催化剂上生长碳纳米管。
这种方法不仅可以实现碳纳米管在碳纤维表面的组装，还可以控制碳纳米管的长度和密度。
2. 碳纳米管涂覆法碳纳米管涂覆法是将碳纳米管分散在溶剂中，然后通过喷涂、浸渍或涂覆的方式将碳纳米管均匀覆盖在碳纤维表面。
这种方法简单易行，且可以实现大面积的碳纳米管组装，但由于碳纳米管之间的相互作用，往往难以实现均匀的覆盖和优异的性能。
三、新型碳纳米管组装方法1. 电化学组装法电化学组装法是将碳纳米管分散在电解质溶液中，利用外加电场将碳纳米管定向沉积在碳纤维表面。
这种方法可以实现碳纳米管的定向组装，且不受碳纳米管之间相互作用的影响，因此可以获得均匀且高性能的碳纤维复合材料。
2. 等离子体处理法等离子体处理法是利用等离子体对碳纤维表面进行改性，同时将碳纳米管引入等离子体中，通过化学反应或物理吸附使碳纳米管与碳纤维表面结合。
这种方法不仅可以实现碳纳米管的高效组装，还可以改善碳纤维表面的性能，提升复合材料的综合性能。
四、碳纳米管在碳纤维表面的应用前景将碳纳米管组装在碳纤维表面，可以使普通碳纤维具备导电性和热传导性，进而拓展碳纤维在电子设备、热管理材料等领域的应用。
一种新的碳纳米管合成方法
工艺技术 ・
电 子 机 械 工 程
形 箱梁 拼焊 而成 ， 焊缝 最 长达 ５ Ｉ Ｔ Ｉ 。为 保证 骨 架强 度 ，
提 高 防腐性 能 ， 每条焊 缝 均要求 满 焊 。 由此 可见 ， 骨架
功 能 和反射 面 上 的标 尺 ， 对 每 块 反 射 面 的 空 间位 置 进
行 在线 调整 。
空 间 坐标基 准 。
３ 结 束 语
针 对某 型 号航 管 一 次 雷 达 天线 口径 大 、 精 度 要 求
高 的特点 ， 在研 制 过程 中 ， 从 零 件加 工 到部 件焊 装再 到 面 框 架 筋板 加工 精 度 、 利 用工 装精 确定 位 纵横 向筋板 、 各单 块
单 元精 度高 ， 焊 接难 度大 。为此 ， 骨架 的焊 装工 艺采 取 了多项 控制 措施 ， 如 零件 制造 时 预 留焊 接 收缩量 ， 长 形
２ ） 严格 控 制反射 面 在线 检测 点精 度 。 ３ ） 天 线 整 体 拼 装 成 形 后 采 用 数 字 摄 影 测 量 方 法， 采集 上 千 点 的数 据 ， 导 人 专 门 的 曲 面 天 线 偏 差 分
行拆 、 装 的重 复装配 过程 ， 以验证 天线阵面 的复位 精度 ，
［ ２ ］ 周 万盛 ， 姚 君 山 ．铝 及 铝 合 金 的 焊 接 ［ Ｍ］ ．北 京 ：机 械
工业 出版社 ， ２ ０ ０ ６ ．
［ ３ ］ 王保 丰 ， 李 广云 ， 李 宗春 ， 等 ．高精度 数字 摄影 测 量技
・ － － ＃ －－ － ＋－・ ・ ＋
－ ・ ＋ ”＋
“＋ “＋
・ － ＋ ”＋
”＋ ・ ・ ＋
・ ・ ＋ ”＋
单壁及多壁碳纳米管的制备
材料化学作业单壁及多壁碳纳米管的制备目前常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法），热解聚合物法、气体燃烧法和激光蒸汽法等以及聚合反应合成法。
电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。
1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。
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。
传统的电弧法以氦作为保护介质，中国科学院沈阳金属研究所成会明研究小组开发了一种有效制备单壁碳纳米管的半连续氢电弧法，他们通过此方法实现了高纯度单壁碳纳米管的大批量制备。
同传统石墨电弧法相比，氢电弧法的改进包括：用氢气取代氦气作为缓冲气体，有效的提高了产品的纯度；添加某种含硫生长促进剂，使产量大大提高。
氢电弧方法具有以下特点：1）在大直径阳极圆盘中填充混合均匀的反应物，可有效克服传统电弧法中反应数量有限且均匀性差的特点，利于单壁碳纳米管的大批量制备。
2）阴极棒与阳极圆盘上表面成斜角，在电弧力的作用下可在反应室内形成一股等离子流，及时将单壁碳纳米管产物携带出高温反应区，避免了产物烧结。
同时保持反应区内产物浓度较低，利于单壁碳纳米管的连续生长。
3）阴极与阳极的位置均可调整，当部分原料反应完毕后可通过调整电极位置，利用其他区域的原料继续单壁碳纳米管的合成。
化学气相沉积法又称碳氢气体热解法，他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600-1200度和有保护气体作用的条件下，使气态烃分解并在一定载体上生成CNTS，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量，但是必须用到催化剂，目前此方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的CNTS的结构，已经取得了一定进展。
碳纳米管
碳纳米管的制备及其在催化领域的应用摘要：碳纳米管，是一种具有特殊结构的一维量子材料，具有优异的催化性能，其优异的催化性能主要是由碳纳米管具有的巨大的长径比、超大的比表面积、极高的热稳定性和化学惰性以及其独特的电导性能决定的，并且由于纳米粒子作为催化剂具有表面凸凹不平、表面能高、晶内扩散通道短、表面催化活性位多等优点，使碳纳米管在催化领域有极大的发展前景。
用本文主要讨论了碳纳米管的制备、结构及其性质，并简要介绍了碳纳米管在催化领域中的一些重要应用。
关键词：碳纳米管；制备方法；催化作用引言：人们对碳元素的认识经历了很长的时间，到目前为止，已经发现了很多不同种类的碳元素组成的物质。
在18世纪时,人们就已经确定了两种碳的同素异形体：石墨和金刚石。
到了1924年人们又确定了石墨的结构。
但仅仅是由单质碳构成的物质远不止这两种,在1985年，C60的发现使人们对碳的认识提高到了一个新的阶段。
后来日本电子显微镜专家S.Iijima于1991年在高分辨电子显微镜下检测C60时发现阴极炭黑中含有一些针状物,这些针状物是由纳米级的同轴碳原子构成的管状物,相邻两管的层间距约为0.34mn,近似于C60的半径。
Iiijma将它命名为碳纳米管。
碳纳米管，是一种具有特殊结构——其外径为1-50nm，长度为几μm-几百μm，管壁可以是单层、双层、多层的一维量子材料，它的管子两端基本上都封口，重量轻，六边形结构且连接完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能。
虽然碳纳米管到目前为止仅被发现20几年,但它已经已经显示出巨大的应用前景并且已经广泛地影响了化学、物理、材料等众多科学领域。
本文将对碳纳米管的制备方法及其在催化领域中的应用做出重点介绍。
正文：一、碳纳米管的结构和形貌碳纳米管是由类似石墨的六边形网格所组成的管状物，其中每个碳原子和相邻的三个碳原子相连，形成六边形网格结构，因此碳纳米管中的碳原子以SP2杂化为主，但碳纳米管中六边形网络结构中会产生一定的弯曲，其中可形成一定的SP3杂化键。
- 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)。
碳纳米管合成方式
碳纳米管是由碳原子构成的管状结构物质，具有很好的导电性和强度，因此在材料科学中具有广泛的应用前景。
目前，碳纳米管的合成方式
主要包括化学气相沉积法、化学气液固相合成法、乙炔气热裂解法、
电弧法、激光还原法等多种方法。
其中，化学气相沉积法是一种较为常用的方法。
该方法主要是在高温、高压条件下，将碳源及其它材料分解，生成单壁或多壁碳纳米管。
具
体步骤为：首先将碳源（如乙烯、甲烷等）通过气体供应系统引入反
应室，然后在高温下通过化学反应将碳源分解成碳原子，再通过催化
剂（如Fe、Co、Ni等）的作用，使碳原子有序排列并形成碳纳米管
结构。
最后通过加热、冷却等步骤使得反应产物得到收集和分离，得
到所需的单壁或多壁碳纳米管。
化学气液固相合成法是另外一种常用的合成方法，该方法使用化学气
相沉积法中的反应物及其它化学试剂作为前体，在液相或固相氧化剂
的作用下生成单壁或多壁碳纳米管。
具体步骤为：将碳源与存在某种
表面活性剂中的前体分散在水或其它溶液中，制成粘稠的混合物。
然
后将混合物注入到反应釜中，在加热的同时不断搅拌，使前体分解并
生成碳纳米管。
最后通过过滤、洗涤和干燥等步骤，得到所需的单壁
或多壁碳纳米管。
此外，乙炔气热裂解法、电弧法、激光还原法等也都是常用的合成碳纳米管的方法。
这些方法各有优缺点，如乙炔气热裂解法所制备的碳纳米管质量较高，但生产成本也较高；电弧法所得碳纳米管数量多、结晶度高，但也存在生产成本高等问题等。
总之，无论是哪种方法，合成碳纳米管需要考虑许多因素，如反应时间、压力、温度、前体物质的纯度、催化剂的选用等等。
在这些因素的综合作用下，制备出来的碳纳米管可以用于制备多种高性能材料，而且其应用前景十分广阔。