碳纳米管生产工艺
碳纳米管
3.热学性能
由于碳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。 即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。
四、碳纳米管的制备
CNTs的制备方法有多种，主要有电弧法，激光 蒸发法，化学气象沉积法等方法。这些方法分别在 不同的实验条件下可以得到MWNT和SWNT。
基本原理： 电弧室充惰性气体保护， 两石墨棒电极靠近，拉起 电弧，再拉开，以保持电 弧稳定。放电过程中阳极 温度相对阴极较高，所以 阳极石墨棒不断被消耗， 同时在石墨阴极上沉积出 含有碳纳米管的产物。 理想的工艺条件：氦气为载气，气压 60—50Pa，电 流60A～100A，电压19V～25 V，电极间距1 mm～4mm， 产率50％。Iijima等生产出了半径约1 nm的单层碳管。
五、纳米管结构的表征：
扫描隧道显微镜 X射线衍射
电子显微镜
拉曼光谱
1.电子显微术
利用不同的电子显微术，可以非常详细地研究碳 纳米管结构，确定其生长机制，反过来又可以帮助人 们改进碳管的生长过程，或者去修饰他们的结构。 利用扫描电子显微镜（SEM）可以获得单壁碳纳 米管管束的图像。透射电子显微镜（TEM）对于碳纳 米管结构的研究更为有用。TEM是一种强有力的技术， 可以确定碳纳米管管壁的层数，还可以准确测量管径 和确定碳管结构中的缺陷。
饭岛澄男 S.Iijima
将这些针状产物在高分辨电子显微镜下观察， 发现该针状物是直径为4～30纳米，长约1微米，由 2个到50个同心管构成，相邻同心管之间平均距离 为0.34纳米。
单壁碳纳米管
多壁碳纳米管
进一步实验研究表明，这些纳米量级的微小管状结构是由碳 原子六边形网格按照一定方式排列而形成，或者可以将其想象成 是由一个六边形碳原子形成的平面卷成的中空管体，而在这些管 体的两端可能是由富勒烯形成帽子。这就是多壁纳米碳管。 在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的 纳米碳管，即单壁碳纳米管产物。
碳纳米管
(B)热解法：这种方法也很简单，将一块基板放 进加热炉里加热至600℃，然后慢慢充入甲烷 一类的含碳气体。气体分解时产生自由的碳原 子，碳原子重新结合可能形成碳纳米管。
优点：最容易实现产业化，也可能制备很长的 碳纳米管。
缺点：制得的碳纳米管是多壁的，常常有许多 缺陷。与电弧放点法制备的碳纳米管相比，这 种碳纳米管抗张强度只有前者的十分之一。
初步估算，碳纳米管的强度大概是钢的100倍。 Lieber运用STM技术测试了碳纳米管的弯曲强度， 证明碳纳米管具有理想的弹性和很高的硬度。因此 用碳纳米管作为金属表面上的复合镀层，可以获得 超强的耐磨性和自润滑性，其耐磨性要比轴承钢高 100倍，摩擦系数为0.06～0.1，且还发现该复合镀层 还具有高的热稳定性和耐腐蚀性等性能。
（C）浓硝酸氧化法
将碳纳米管加入到浓硝酸中搅拌，超声波分散 后加热回流处理。自然冷却后用蒸馏水稀释、 洗涤至中性，经真空干燥、研磨后既得到纯化 处理的碳纳米管[14]。
优点：经过适当浓度硝酸氧化处理一定时间的 CNTs，其基本结构未发生本质变化，而表面 活性基团显著增加，在乙醇中分散浓度、均匀 性、稳定性得到提高，在复合材料中的分散均 匀性及与树脂的结合性能也得到相应提高。硝 酸氧化处理是CNTs表面活化的有效方法。
中美科学家在研究中对合成碳纳米管常用的化 学气相淀积方法进行了改进。改进结果显示，在化 学气相淀积过程中加入氢和另外一种含硫化合物后， 不仅能制造出更长的碳纳米管束，而且这些碳纳米 管束可由单层碳纳米管通过自我组装而有规律地排 列组成。
研究人员认为，他们的新方法作为一种更为简便 的替代工艺，也许还可以用来生产高纯度的单层碳 纳米管材料。
纳米碳铜箔生产工艺
纳米碳铜箔生产工艺
纳米碳铜箔是一种具有优良导电、导热、抗氧化性能的新材料，广泛应用于电子、能源、航空等领域。
以下是纳米碳铜箔的生产工艺：
1. 原料准备：选用高纯度的铜（纯度大于99.9%）和适量的碳
源（如聚苯乙烯）作为主要原料。
将铜锭经过熔化、净化等处理得到高纯度的铜液。
2. 碳纳米管制备：通过热解法将聚苯乙烯加热至高温，分解出纳米级碳纳米管。
3. 纳米碳铜箔制备：将高纯度的铜液浸泡在纳米碳纳米管的溶液中，通过超声波处理、搅拌等方式使纳米纳米管均匀分散在铜液中。
4. 反应处理：将铜液转移到反应釜中，加热到高温，控制好反应温度和时间，使纳米纳米管与铜发生反应生成纳米碳铜箔。
同时，添加适量的表面活性剂，帮助纳米纳米管与铜完全反应。
5. 过滤和洗涤：将反应后的溶液通过滤纸或滤膜进行过滤，分离出纳米碳铜箔。
随后对纳米碳铜箔进行多次洗涤，去除残存的溶液和杂质。
6. 干燥和烧结：将洗涤后的纳米碳铜箔放入干燥器中，用适当的温度和时间进行干燥，使纳米碳铜箔完全干燥。
然后将干燥后的纳米碳铜箔放入高温炉中进行烧结处理，提高其力学性能
和电导率。
7. 表面处理：对烧结后的纳米碳铜箔进行表面处理，如机械打磨、电镀等，以提高其表面平整度和整体品质。
8. 质量检验：对生产的纳米碳铜箔进行质量检验，测试其导电性能、导热性能、抗氧化性能等指标。
通过以上工艺步骤，可以得到具有优异性能的纳米碳铜箔。
生产工艺中需要控制好温度、时间、浓度等参数，以保证产品的质量。
此外，还需对生产过程中产生的废水和废气进行处理，减少对环境的影响。
碳纳米管
e) Picture of a CNT and a polymeric sponge placed in a water bath. The CNT sponge is floating on the top while the polyurethane sponge absorbed water and sank to below the surface level. f) A CNT sponge bent to arch-shape at a large-angle by finger tips. g) A 5.5cm1 cm0.18cm sponge twisted by three round turns at the ends without breaking. h) Densification of two cubic-shaped sponges into small pellets (a flat carpet and a spherical particle, respectively) and full recovery to original structure upon ethanol absorption.
范守善院士
清华大学物理系
研究领域：近十余年的研究方向集中在纳米尺度材料的 科学与技术，主要研究方向为碳纳米管的生长机理、可 控制合成与应用探索。在深入揭示和理解碳纳米管生长 机理的基础上，实现了超顺排碳纳米管阵列、薄膜和线 材的可控制与规模化制备，研究并发现了碳纳米管材料 独特的物理化学性质，基于这些性质发展出了碳纳米管 发光和显示器件、透明柔性碳纳米管薄膜扬声器、碳纳 米管薄膜触摸屏等多种纳米产品，部分应用产品已具有 产业化前景，实现了从源头创新到产业化的转换。
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。
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。
碳纳米管的研究进展
碳纳米管制备方法的研究进展碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定【1】。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
单壁碳纳米管技术壁垒
单壁碳纳米管技术壁垒单壁碳纳米管技术是一项非常重要的纳米科技。
它是一种由纯碳组成的管状结构，在其直径只有百万分之一米级别的情况下，拥有非常特殊的物理化学特性，具有很高的强度、导电性、热导性和化学稳定性，因此在许多领域都具有广泛的应用前景。
然而，由于其制备工艺复杂、成本高，以及应用领域有限等原因，单壁碳纳米管技术的逐步普及遇到了许多壁垒。
制备壁垒单壁碳纳米管的制备工艺目前仍然较为复杂，主要有化学气相沉积法、化学液相沉积法、电化学氧化法和机械剥离法等。
这些方法都存在着一定的制备难度和成本问题。
例如，化学气相沉积法虽然具有高品质、高效率的优点，但需要使用高温反应器和复杂的前处理过程，同时还存在异相成核和随机方向生长等问题。
因此，对于许多小型企业和创业公司而言，单壁碳纳米管生产工艺的复杂度和成本问题成为了制约其发展的一个主要因素。
纯化壁垒单壁碳纳米管的纯度是其应用价值的一个重要因素。
然而，在制备过程中，通常会存在多壁、杂质等问题，使得提高纯度成为了制约其应用的另一个重要因素。
目前，最先进的单壁碳纳米管制备技术并不能够保证100%的单壁纳米管产物，因此单壁碳纳米管的纯化工艺也是悬而未决的重要问题。
高效纯化单壁碳纳米管是一个挑战，其难度不亚于单壁碳纳米管的制备。
性能壁垒由于单壁碳纳米管的直径非常细小，通常在几十纳米以下，因此其物理化学特性非常复杂。
尽管单壁碳纳米管具有高强度、导电性、热导性等特性，但应用时却面临一些难题。
例如，单壁碳纳米管的强度高、硬度大，但相对脆弱，一旦遇到弯曲或扭转等情况，便容易产生极度弯曲和损坏。
另外，单壁碳纳米管还可能对周围环境产生一定的影响，例如需要特殊环境下使用等。
因此，发掘单壁碳纳米管的潜在应用价值并加以发掘、优化，从而使其性能更好地适应不同领域的应用需求，也是一项非常重要的研究方向。
总的来说，单壁碳纳米管技术有许多重要的应用前景，包括医学、化工、电子学、材料科学等多个领域。
然而，单壁碳纳米管技术尚面临多方面的挑战，制备壁垒、纯化壁垒和性能壁垒等是其中比较重要的因素。
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碳纳米管生产工艺
碳纳米管是由碳原子通过特定的条件和方法形成的一种纳米材料。
在碳纳米管的生产过程中，主要有两种方法：弧放电法和化学气相沉积法。
1. 弧放电法：
弧放电法是一种常见的碳纳米管制备方法。
主要步骤包括：制备阳极和阴极材料，将阳极和阴极放置在真空密封的容器中，充入适量稀薄惰性气体，通过两极间施加高电压使电弧产生，同时产生高温和高压条件。
在高温环境中，碳电弧放电会产生很高的能量，使得导电材料的表面部分原子蒸发、离子化形成高能离子，同时碳源的极性决定了产物的种类。
最终，碳原子通过自由态传递在高温高能的电子和离子作用下缩聚并沉积在阴极表面上，形成碳纳米管。
2. 化学气相沉积法：
化学气相沉积法是另一种常用的碳纳米管制备方法。
主要步骤包括：准备底物和催化剂，在加热的条件下将碳源与载气混合，通过加载载气混合物进入炉腔中，在适当的温度下形成气相而非液相，使得碳原子游离并沉积在底物表面或催化剂颗粒表面上，形成碳纳米管。
化学气相沉积法可以根据不同的实验条件和底物的选择来调控碳纳米管的直径、长度、数量和排列方式等性质，因此具有较高的可控性。
以上是两种常见的碳纳米管生产工艺，随着科学技术的不断发展和深入研究，还有其他一些制备方法如化学气相沉积法、声化学制备法、溶胶-凝胶法等也被广泛运用。
通过这些制备方
法，可以得到具有优异性能的碳纳米管材料，广泛应用于电子学、材料科学、能源等领域。