碳纳米管的制备 ppt课件
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15
碳纳米管合பைடு நூலகம்的工程原理
传递与反应
反应器尺度的传递现象及碳纳米管的生长动力学: 碳纳米管生长过程包含巨大的密度、体积变化以及 由此带来的聚团结构、反应与流动状态的变化。
这种变化需要控制反应器的温度和浓度等核心生长 条件。尽管碳纳米管的生长和高分子聚合有相似之 处, 但是碳纳米管的分子量更高, 其相关的反应传递 特性与高分子加工显著不同, 进而相关的传统加工理 念必须做出调整才能够适应类似碳纳米管的纳米材 料的宏量制备。
16
碳纳米管的工程原理
反应器与过程
宏观尺度的过程设计与强化: 过程尺度设计是实现 碳纳米管产业化最为主要的工程工作; 而过程进一 步强化, 如使用更好的加工工艺操作、设计新的催化 路线以及发展经济型原料和进料方式, 可以有效提高 过程的效率。
17
碳纳米管合成的工程原理
社会与环境
碳纳米管实用化尺度涉及的环境和生态方面的考虑, 以及碳纳米管的包装、运输、应用、标准化和商品 化: 随着碳纳米管的批量制备的增加和应用越来越 广, 普通公众也会越来越多地接触碳纳米管及其衍生 产品。这些产品不仅在性能上产生了社会与经济效 益, 同时也可能对人体健康和生物圈的安全性带来影 响
18
碳纳米管的种类
单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳 纳米管、定向碳纳米管、超顺排碳纳米 管、水平超长碳纳米管、掺杂碳纳米管 、螺旋碳纳米管、碳纳米管结及碳纳米 管/石墨烯杂化物
19
单壁碳纳米管
单壁碳纳米管：主要应用于储氢材料，添加剂的 改性
20
多壁碳纳米管
用途:用于导电性材料，改性，添加剂
传递与反应
团聚结构控制
化学
反应
工程
催化剂设计
聚合 调节
碳管 组装
过程 社会与环境
开发
13
碳纳米管合成的工程原理
催化剂设计
原子尺度上的碳纳米管生长: 包括碳纳米管生长条 件和生长机理、催化剂设计以及单根碳纳米管的可 控制备. 许多碳纳米管产品的特性,如管壁数、管径 、长度、缺陷、手性和石墨化程度等，均取决于这 个尺度上的物理化学基础控制.
6
石墨电弧法的优缺点
优点：简单快速的特点, 而且制得的纳米碳管管 直、结晶度高
缺点：生产的纳米碳管缺陷较多, 且纳米碳管烧 结成束, 束中还存在很多非晶碳杂质。究其原因 是电弧温度高达 3 000~3 700 ℃,形成的纳米 碳管被烧结于一体, 造成较多的缺陷。产量少
7
激光蒸发法
利用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催 化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被 气流从高温区带向低温区利用高能量密度激光在特 定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳 原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区。
碳纳米管的制备
报告人
1
碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法 水热法、凝聚相电解生成法等
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
14
碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
介观尺度上的碳纳米管团聚: 高长径比的纳米材料 生长若不形成特定的结构相互作用, 则会存在其一维 结构的失稳现象。高密度进行生长时, 在范德华力等 相互作用下, 碳纳米管开始聚集形成聚团状碳纳米管 、定向垂直碳纳米管和水平生长的超长碳纳米管等 。碳纳米管的聚集结构是其原子结构与批量制备的 桥梁。
以来受到极大关注, 成为纳米碳管的主要合成方法 之一。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
11
碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
12
碳纳米管合成的工程原理反应器与过程
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
10
催化热解法的优缺点
优点：条件可控、容易批量生产等优点, 自发现
21
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
4
碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
5
石墨电弧法
在真空反应室中充惰性气体或氢气, 采用较 粗大的石墨棒为阴极, 细石墨棒为阳极, 在电 弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗, 同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产 物
8
激光蒸发法的优缺点
优点：此法在纳米碳管生长过程中, 端部层与层的 边缘碳原子可以成键, 从而避免端部的封口, 促使 多壁纳米碳管生长。
缺点：制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用 。
一般多用于生产单壁碳纳米管
9
催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上
碳纳米管合பைடு நூலகம்的工程原理
传递与反应
反应器尺度的传递现象及碳纳米管的生长动力学: 碳纳米管生长过程包含巨大的密度、体积变化以及 由此带来的聚团结构、反应与流动状态的变化。
这种变化需要控制反应器的温度和浓度等核心生长 条件。尽管碳纳米管的生长和高分子聚合有相似之 处, 但是碳纳米管的分子量更高, 其相关的反应传递 特性与高分子加工显著不同, 进而相关的传统加工理 念必须做出调整才能够适应类似碳纳米管的纳米材 料的宏量制备。
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碳纳米管的工程原理
反应器与过程
宏观尺度的过程设计与强化: 过程尺度设计是实现 碳纳米管产业化最为主要的工程工作; 而过程进一 步强化, 如使用更好的加工工艺操作、设计新的催化 路线以及发展经济型原料和进料方式, 可以有效提高 过程的效率。
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碳纳米管合成的工程原理
社会与环境
碳纳米管实用化尺度涉及的环境和生态方面的考虑, 以及碳纳米管的包装、运输、应用、标准化和商品 化: 随着碳纳米管的批量制备的增加和应用越来越 广, 普通公众也会越来越多地接触碳纳米管及其衍生 产品。这些产品不仅在性能上产生了社会与经济效 益, 同时也可能对人体健康和生物圈的安全性带来影 响
18
碳纳米管的种类
单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、双壁碳 纳米管、定向碳纳米管、超顺排碳纳米 管、水平超长碳纳米管、掺杂碳纳米管 、螺旋碳纳米管、碳纳米管结及碳纳米 管/石墨烯杂化物
19
单壁碳纳米管
单壁碳纳米管：主要应用于储氢材料，添加剂的 改性
20
多壁碳纳米管
用途:用于导电性材料，改性，添加剂
传递与反应
团聚结构控制
化学
反应
工程
催化剂设计
聚合 调节
碳管 组装
过程 社会与环境
开发
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碳纳米管合成的工程原理
催化剂设计
原子尺度上的碳纳米管生长: 包括碳纳米管生长条 件和生长机理、催化剂设计以及单根碳纳米管的可 控制备. 许多碳纳米管产品的特性,如管壁数、管径 、长度、缺陷、手性和石墨化程度等，均取决于这 个尺度上的物理化学基础控制.
6
石墨电弧法的优缺点
优点：简单快速的特点, 而且制得的纳米碳管管 直、结晶度高
缺点：生产的纳米碳管缺陷较多, 且纳米碳管烧 结成束, 束中还存在很多非晶碳杂质。究其原因 是电弧温度高达 3 000~3 700 ℃,形成的纳米 碳管被烧结于一体, 造成较多的缺陷。产量少
7
激光蒸发法
利用高能量密度激光在特定的气氛下照射含催 化剂的石墨靶，激发出来的碳原子和催化剂颗粒被 气流从高温区带向低温区利用高能量密度激光在特 定的气氛下照射含催化剂的石墨靶，激发出来的碳 原子和催化剂颗粒被气流从高温区带向低温区。
碳纳米管的制备
报告人
1
碳纳米管制备的发展历程
1991年电弧放电法首次得到了碳纳米管
1996年激光蒸发法
化学气相沉积法 水热法、凝聚相电解生成法等
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
介观尺度上的碳纳米管团聚: 高长径比的纳米材料 生长若不形成特定的结构相互作用, 则会存在其一维 结构的失稳现象。高密度进行生长时, 在范德华力等 相互作用下, 碳纳米管开始聚集形成聚团状碳纳米管 、定向垂直碳纳米管和水平生长的超长碳纳米管等 。碳纳米管的聚集结构是其原子结构与批量制备的 桥梁。
以来受到极大关注, 成为纳米碳管的主要合成方法 之一。
缺点:含有许多杂质 , 需要进一步纯化 , 且碳纳
米管缠绕成微米级大团 , 还需要进一步进行分散 处理
11
碳纳米管合成的工程原理
宏观尺度
宏观尺度上连续生产碳纳米管,涉及多 相催化工程、反应工程以及应用探索、 市场开拓等复杂工程.
12
碳纳米管合成的工程原理反应器与过程
, 高温下通入含碳气体使之分解并在催化剂颗粒上长出碳纳米 管; 浮游法就是直接加热催化剂前驱体使其成气态, 同时与气 态烃一起被引入反应室, 在不同温区各自分解, 分解的催化剂 原子逐渐聚集成纳米级颗粒, 浮游在反应空间,分解的碳原子在 催化剂颗粒上析出, 形成碳纳米管。
10
催化热解法的优缺点
优点：条件可控、容易批量生产等优点, 自发现
21
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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碳纳米管的制备
微观尺度
微观尺度上, 碳纳米管的生长是碳原子 自组装成一维管状结构的过程, 即碳原 子形成六元环或五七元环卷曲形成具有 特定螺旋角的过程
5
石墨电弧法
在真空反应室中充惰性气体或氢气, 采用较 粗大的石墨棒为阴极, 细石墨棒为阳极, 在电 弧放电的过程中阳极石墨棒不断的被消耗, 同时在石墨阴极上沉积出含有纳米碳管的产 物
8
激光蒸发法的优缺点
优点：此法在纳米碳管生长过程中, 端部层与层的 边缘碳原子可以成键, 从而避免端部的封口, 促使 多壁纳米碳管生长。
缺点：制备纳米碳管的成本较高, 难以推广应用 。
一般多用于生产单壁碳纳米管
9
催化热解法
又叫化学气相沉积法,含有碳的气体流经催化剂纳米 颗粒表面时分解产生碳原子, 在催化剂表面生成碳纳 米管. 基体法利用石墨或陶瓷等作载体, 将催化剂附着于其上