世界最长碳纳米管成功制备
碳纳米管的制备与应用
碳纳米管的制备与应用摘要：纳米材料被誉为21世纪的重要材料，而作为新型纳米材料的碳纳米材料因其本身所拥有的潜在优越性，在化学、物理学及材料学领域具有广阔的应用前景，成为全球科学界各级科研人员争相关注的焦点。
本文依据目前碳纳米材料的研究发展现状。
阐述了碳纳米材料研究制备中所采用的方法，并对其制备的碳纳米的应用范围进行了初步探讨。
关键字：碳纳米管、制备方法、应用特性1985年，英国化学家Kroto H W教授和美国Smallev教授合作研究，用激光轰击石墨靶，并用谱仪分析产物，结果发现了由60个碳原子构成的一个与足球形状相同的中空球大分子，这就是人们称为C60的分子。
C60分子是碳家族中的一个全新分子，它的发现大大丰富了人们对碳的认识，从此在全球范围内掀起了探索C60微结构和特殊物理性质的热潮。
自从1991年11月，日本NEC公司的电镜专家Lijima在用高分辨电子显微镜( HRTEM ) 检查C60分子时，意外地发现了一些完全由碳原子构成的直径为纳米级的管状物，后来人们把这种管状物称为碳纳米管(carbon nanotubes，简称CNTs碳纳米管)，见图1自发现碳纳米管以来，其超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能、潜在的化学性能等使碳纳米管的研究和制备一直是国际纳米技术和新材料领域的研究热点。
近几年来，美、日、德、英等科学发达国家纷纷投巨资对纳米技术进行研究与开发，并取得了很大的进展[1]。
目前，多壁碳纳米管(MWNTs)已达到了吨级合成规模.单壁碳纳米管(SWNTs)产量仍比较低下。
具有特定形态与尺寸的碳纳米管的合成依然困难重重。
1 碳纳米管的制备碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD),以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。
1．1 电弧法：利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。
研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种具有优异性能和广泛应用前景的纳米材料，具有极高的比表面积、优异的导电性和热导率，因此在材料科学、纳米技术、能源存储等领域有着重要的应用价值。
碳纳米管的制备方法多种多样，下面将介绍几种常见的制备方法。
1. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
2. 弧放电法（Arc Discharge）。
弧放电法是一种较为简单的碳纳米管制备方法，通过在高温下将碳源（如石墨）和金属催化剂（如铁、钴、镍等）放电，产生高温等离子体，从而在合成碳纳米管。
弧放电法制备的碳纳米管质量较高，但是产率较低，且需要严格控制反应条件。
3. 化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition, CVD）。
化学气相沉积法是目前制备碳纳米管最常用的方法之一。
在CVD过程中，碳源气体（如甲烷、乙烯等）与载气（如氢气、氨气等）在高温条件下通过催化剂（如铁、镍、钴等）的作用下发生化学反应，生成碳原子，最终在催化剂表面形成碳纳米管。
CVD方法制备的碳纳米管质量较高，但是需要高温和高真空条件，设备成本较高。
4. 气相凝结法（Gas-phase Condensation）。
气相凝结法是一种通过在高温下将碳源气体（如甲烷、乙烯等）在惰性气体氛围中加热，然后通过快速冷却的方法制备碳纳米管。
在气相凝结法中，碳原子在高温下先形成团簇，然后在快速冷却的条件下形成碳纳米管。
这种方法制备的碳纳米管产率较高，但是质量相对较低。
5. 水热法（Hydrothermal Synthesis）。
碳纳米管的制备与应用
碳纳米管的制备与应用碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳元素构成的纳米材料，具有优异的物理和化学性质，广泛应用于多个领域，如电子学、材料科学、能源储存等。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在各个领域的应用。
一、碳纳米管的制备方法1. 弧放电法：通过在一个单位大气压下的两个碳电极之间施加高电流和高电压，利用碳电极表面产生的高温和高热量，从而在电极上形成弧光放电，使得碳纳米管得以制备。
2. 化学气相沉积法：将碳源（如甲烷、乙腈等）和催化剂（如金属镍、铁等）同时输入到高温反应室中，通过热裂解反应，使碳源气体分解并在催化剂表面形成碳原子，最终形成碳纳米管。
3. 化学液相沉积法：将碳源和催化剂溶解在有机溶剂中，通过调节反应条件（如温度、反应时间等），使碳源中的碳原子在催化剂的作用下结晶生长为碳纳米管。
二、碳纳米管的应用领域1. 电子学：碳纳米管因其优异的电子输运性能被广泛应用于电子元件的制备。
其具有高电导率、高载流子迁移率和优异的机械强度，可用于制造高性能的场效应晶体管（FET）、集成电路、柔性电子等。
2. 材料科学：碳纳米管可以作为增强剂添加到金属基体中，提高材料的力学性能。
此外，碳纳米管还可以制备出具有高比表面积和孔隙结构的吸附材料，广泛应用于气体吸附、催化剂载体等领域。
3. 能源储存：碳纳米管作为超级电容器材料具有高比电容和长循环寿命，可广泛应用于储能装置和电动车辆中。
此外，碳纳米管还可以用于锂离子电池电极材料的改性，提高电池的能量密度和循环寿命。
4. 生物医学：碳纳米管因其良好的生物相容性和荧光性能，在生物医学领域具有广泛的应用前景。
例如，碳纳米管可以用作药物传递载体，通过改变管壁上的功能基团，实现对药物的控制释放；同时，其荧光性质还可用于生物分子探测和光热治疗等。
总结起来，碳纳米管作为一种新型纳米材料，在电子学、材料科学、能源储存和生物医学等领域具有广泛应用前景。
我国成功制备出世界最长碳纳米管
Ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ ［ Ｊ ］ ．Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍｍ ｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ， ２ ０１ ０， ４ ６： ５ ８ ０ ２—
第７ 期
陈
汉 等 ：染 料 敏化 太 阳 能 电池 敏 化剂 材料 研究 进 展
［ １ ３ ４］
４ １ ９
Ｈｉ ｇ ｈ ｌ ｙ Ｅｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ Ｍｅ ｓ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ Ｄｙ ｅ — Ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃｅ ｌ ｌ ｓ
我 国成 功 制 备 出 世 界 最 长 碳 纳 米 管
爬上“ 梯子” 摘 星星 ，坐着 “ 电梯 ” 去 月 亮 ，这些 科 幻 的场景 ，将 有 可 能 成 为现 实 。近 日，在北 京 市科 委 支 持 下 ， 清 华大 学 魏飞 教授 团队成 功 制备 出单 根 长度 达 半米 以上 的碳 纳米 管 ，创造 了新 世 界纪 录 ，这也 是 目前 所有 一 维 纳 米
材 料长 度 的最 高值 。相关 内容 近 日 在 线 发表 在 国 际著 名期 刊 《 美 国化 学会 纳 米》 上。 碳 纳 米 管是 迄 今发 现 的力 学性 能最 好 的材 料 之一 ，其 单 位质 量上 的拉伸 强度 是 钢 铁 的 ２ ７ ６ 倍 ，远远 超 过 其 他材
［ １ ３ ５ ］ Ｙａ ｎ ｇ ｘ Ｄ， Ｍａ ｓ ａ ｔ ｏ ｓ ｈ ｉ Ｙａ ｎ ａ ｇ ｉ ｄ ａ ， Ｈａ ｎ Ｌ Ｙ ．Ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ Ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ － ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｄｙ ｅ － Ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｉ ｚ ｅ ｄ Ｓ ｏ ｌ ａ ｒ Ｃ ｅ ｌ ｌ ｓ［ Ｊ ］ａ ｋ ｅ ｓ ｈ ｉ Ｙ ａ ｍａ ｇ ｕ ｃ ｈ ｉ ，Ｔ ａ ｋ ａ ｎ ｏ ｒ ｉ Ｍｉ ｙ ａ ｂ ｅ ，Ｔ ａ ｋ ａ ｈ ｉ ｋ ｏ Ｏｎ ｏ ，ｅ ｔ ａ １ ．Ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｖ ｅ ｌ Ｂ－ Ｄ ｉ ｋ ｅ ｔ ｏ ｎ ａ ｔ ｅ Ｂ ｉ ｓ （ Ｂ ｉ ｐ ｙ ｒ ｉ ｄ ｙ １ ）Ｏ ｓ （ Ｉ Ｉ ）
碳纳米管的制备
碳纳米管的制备碳纳米管是一种具有独特结构和优异性能的纳米材料，广泛应用于电子器件、储能材料、传感器等领域。
本文将介绍碳纳米管的制备方法及其原理。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法和碳化合物热解法等。
下面将对其中的几种常用方法进行详细介绍。
1.化学气相沉积法化学气相沉积法是目前最常用的制备碳纳米管的方法之一。
其原理是在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管，使之在催化剂表面发生化学反应，生成碳纳米管。
该方法具有制备工艺简单、成本较低等优点。
2.电弧放电法电弧放电法是一种较早被发现的碳纳米管制备方法。
其原理是在高温下，通过电弧放电使碳源蒸发，生成碳烟，进而形成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但成本较高，且产量较低。
3.激光烧蚀法激光烧蚀法是利用激光脉冲对含有碳源的固体进行瞬时加热，使之发生爆炸和蒸发，生成碳纳米管。
该方法制备的碳纳米管结构较好，但对设备要求较高，且产量较低。
4.碳化合物热解法碳化合物热解法是一种将碳源与金属催化剂一起加热至高温，使碳源在催化剂表面发生热解反应生成碳纳米管的方法。
该方法制备的碳纳米管质量较高，但对设备要求较高，且成本较高。
二、碳纳米管的制备原理无论是哪种制备方法，碳纳米管的制备都基于碳原子的重新排列和堆积。
以化学气相沉积法为例，其制备原理如下：在适当的温度下，将含有碳源和催化剂的气体通过反应管。
在催化剂表面，碳源分解生成碳原子，并在催化剂的作用下重新排列和堆积，形成碳纳米管的结构。
催化剂在碳纳米管的形成过程中起到了关键的作用。
一方面，催化剂可以提供活性位点，促使碳原子的重新排列和堆积；另一方面，催化剂还可以调控碳纳米管的直径和结构。
制备碳纳米管的温度也是一个重要的参数。
温度过高会导致碳纳米管的生长速度过快，从而影响其结构和质量；温度过低则会降低碳纳米管的生长速度。
除了制备方法和制备温度，碳源的选择也会对碳纳米管的结构和性能产生影响。
2013年中国十大科技成就
2013年中国十大科技成就探索宇宙空间、操纵量子世界、逆转生命时钟……2013年，中国科技工作者走过了令世界瞩目的一年。
多项“诺奖级”的成就，见证了以艰苦攻关著称的中国科学家努力终获回报。
同时，基础科学的进步总是“十年磨一剑”，任何成绩的背后都凝结着长期的资金投入，都是中国力量的最好展现。
1.嫦娥三号登陆月球、神舟十号飞船和天宫一号交会对接12月15日，“嫦娥三号”携带的“玉兔”月球车在月球开始工作，标志着中国首次地外天体软着陆成功。
这也是人类时隔37年再次在月球表面展开探测工作。
作为一项庞大的系统工程，探月任务成为中国科技工业综合实力的一次完美展现。
准时发射，精确入轨，稳定落月，创新探索，嫦娥三号的每一步都代表着中国航天新的进步。
探月工程副总指挥许达哲说：“美国和前苏联达到这样一个目标，都经过了20次以上的任务，我们是用三次就实现这样一个目标。
”2013年夏天，执行我国第五次载人航天任务的“神舟十号”飞船实现了我国首次载人航天应用性飞行，实施了我国首次航天器绕飞交会试验，这标志着神舟飞船与“天宫一号”的对接技术已经成熟，我国将就此进入空间站建设阶段。
2、实现量子反常霍尔效应清华大学薛其坤院士领衔的团队2013年成功观测到“量子反常霍尔效应”，被杨振宁称为诺奖级的科研成果。
“量子反常霍尔效应”的实现既是理论物理领域的突破，又具有极高的商用价值。
量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。
我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。
这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。
而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进，“这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。
”量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。
碳纳米管
碳纳米管：贵比黄金、细赛人发的"超级纤维" -------------------------------------------------------------------------------- 贵比黄金、细赛人发的“超级纤维”碳纳米管，实际上和金刚石、石墨同属于一个家族。
作为近年来材料领域的研究热点，碳纳米管受到各国科学家的高度重视。
和厘米、微米一样，纳米是一种尺度单位，一纳米是一米的十亿分之一。
1991年被人类发现的碳纳米管，是由石墨碳原子层卷曲而成的碳管，管直径一般为几个纳米到几十个纳米，管壁厚度仅为几个纳米，像铁丝网卷成的一个空心圆柱状“笼形管”。
它非常微小，5万个并排起来才有人的一根头发丝宽，实际上是长度和直径之比很高的纤维。
作为石墨、金刚石等碳晶体家族的新成员，碳纳米管韧性很高，导电性极强，场发射性能优良，兼具金属性和半导体性，强度比钢高100倍，比重只有钢的1／6。
因为性能奇特，被科学家称为未来的“超级纤维”。
虽然成分和石墨一样，但碳纳米管潜在用途十分诱人：可制成极好的微细探针和导线、性能颇佳的加强材料、理想的储氢材料。
它使壁挂电视进一步成为可能，并在将来可能替代硅芯片的纳米芯片和纳米电子学中扮演极重要的角色，从而引发计算机行业革命。
碳纳米管也是“纳米世界”中的重要一员。
在纳米材料中，包括碳纳米管、碳纳米纤维在内的碳纳米材料一直是近年来国际科学的前沿领域之一。
从近期美国《科学索引》核心期刊发表的和碳纳米管有关论文数看，我国排在美、日之后位居世界前列。
碳纳米管的发展历程如下：1991年，日本科学家发现碳纳米管；1992年，科研人员发现碳纳米管随管壁曲卷结构不同而呈现出半导体或良导体的特异导电性；1995年，科学家研究并证实了其优良的场发射性能；1996年，我国科学家实现碳纳米管大面积定向生长；1998年，科研人员应用碳纳米管作电子管阴极；1998年，科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管；1999年，韩国一个研究小组制成碳纳米管阴极彩色显示器样管；2000年，日本科学家制成高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
碳纳米管的制备、性质和应用进展
在化学传感器和生物传感器领域，碳纳米管的敏感度高、响应速度快，可检测 多种化学物质和生物分子。例如，多壁碳纳米管可检测空气中的有害气体分子， 单壁碳纳米管可检测生物体内的病毒和细菌。这些应用为化学和生物分析提供 了新的检测手段。
在硬材料制备领域，碳纳米管因其卓越的力学性能和热导率而被用于制备高性 能复合材料和耐磨材料。例如，将碳纳米管添加到塑料或橡胶中可显著提高材 料的强度、韧性和热稳定性。此外，碳纳米管还被用于制造刀具和轴承等耐磨 器件，其高硬度和高耐磨性使得这些器件的性能得以显著提升。
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碳纳米管的电子结构研究表明，它们具有金属性和半导体性两种类型，具体取 决于碳纳米管的层数和手性。碳纳米管的导电性能与金属导线相似，具有高电 导率。同时，碳纳米管还具有优异的热导率，可高达6000 W/m·K，远高于铜。
碳纳米管的应用：
由于其独特的结构和性能，碳纳米管在电子、化学传感器、生物传感器和硬材 料制备等领域具有广泛的应用前景。
3、生物医学领域
在生物医学领域，碳纳米管膜也展现出广阔的应用前景。由于其生物相容性和 良好的电性能，碳纳米管膜可以作为药物载体和细胞培养基底。研究表明，将 药物包裹在碳纳米管膜内，可以实现对药物的精确控制和靶向输送。同时，碳 纳米管膜还可以作为细胞生长支架，促进细胞的黏附和增殖。
4、电子器件领域
然而，尽管碳纳米管的研究已经取得了许多成果，但仍存在一些问题需要进一 步探讨。例如，碳纳米管的制备过程中，如何实现规模化生产并降低成本；在 性质方面，如何控制碳纳米管的形貌和性能；在应用方面，如何将碳纳米管更 好地应用到实际生产和科学研究中。
同时，随着科技的不断进步和创新，碳纳米管的研究和应用前景也日益广阔。 未来，可以进一步探索碳纳米管在其他领域的应用，如能源、环保、生物医学 等。此外，随着人工智能和大数据等技术的快速发展，可以预见碳纳米管的研 究和应用将越来越受到智能化和数字化的影响，这将会为碳纳米管的研究和应 用带来更多的机遇和挑战。
碳纳米管的制备方法
碳纳米管的制备方法摘要：本文简单介绍了碳纳米管的结构性能，主要介绍碳纳米管的制备方法，包括石墨电弧法、催化裂解法，激光蒸发法等方法，也对各种制备方法的优缺点进行了阐述。
关键词：碳纳米管制备方法Preparation of carbon nanotubesAbstract： The structure and performance of carbon nanotubes are briefly introduced, and some synthesis methods, including graphite arc discharge method, catalytic crackingmethod, laser evaporation method and so on, are reviewed・ And the advantages and disadvantages of various preparation methods are also described・Key words： carbon nanotubes methods of preparation纳米材料被誉为是21世纪最重要材料，是构成未来智能社会的四大支柱之一，而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。
碳纳米管是碳的一种同素异形体，它包涵了大多数物质的性质，其至是两种相对立的性质，如从高硬度到高韧性，从全吸光到全透光、从绝热到良导热、绝缘体/半导体/高导体和高临界温度的超导体等。
正是山于碳纳米材料具有这些奇异的特性，被发现的短短十儿年来，已经广泛影响了物理、化学、材料等众多科学领域并显示出巨大的潜在应用前景。
碳纳米管乂名巴基管，即管状的纳米级石墨晶体。
它具有典型的层状中空结构，构成碳纳米管的层片之间存在一定夹角，管身是准圆筒结构，并且大多数山五边形截面组成，端帽部分山含五边形的碳环组成的多边形结构。
电弧放电法制备纳米碳管
电弧放电法制备纳米碳管
《新型碳材料》 16卷第一期
沈阳金属研究所 刘畅
电弧放电法
后来用氦气取代氩气作为缓冲气体.. 并将气体压力提高到6.7*10^-2MPa, 这一调整使纳米碳管的产量达到了 克量级.而且其纯度也大大提高。
而装置基本上与制备C60的装置差 不多。
半连续氢电弧法
• 与传统电弧法相比,该方法具有以下特点: • 1.用氢气取代氦气作为缓冲气体.既降低了 成本又提高了产物纯度 • 2.采用了一种有效的含硫生长促进剂,大大 提高了产物的产量和质量 • 3.改进反应装置,实现了制备的半连续化,进 一步提高了产量.
重点介绍电弧放电法
• 以等离子电弧作为物理基础。 • 早在十九世纪初。人们就通过在两根石墨电极间放电而首 次发现了电弧。但应用电弧技术从事炭材料研究并取得突 破性进展却已是近两个世纪以后了，科学家采用电弧蒸发 石墨电极的方法实现了C60的大量制备日本电镜专家lijima 在C60的制备装置中充入了1.3*10^-2MPa氩气,起弧放电 后在阴极的沉积物中意外地发现了一种针状物.在高分辨 电镜下观察到这些针状物呈中空管状,管壁由2层-50层不 等的碳原子层组成,直径为4nm -3onm长约1um人们把这 种直径在纳米尺度的中空管状物命名为纳米碳管.当时得 到的纳米碳管只是作为一种副产品,产物中含有大量的富 勒烯!无定形炭等杂质,碳管含量很低
南理工孙畅制作
纳米碳管制备方法
• 电弧法：在真空容器中充满一定压力的惰性气体或氢气, 以掺有催化剂(金属镍、钴、铁等) 的石墨为电极,在电弧放 电的过程中阳极石墨被蒸发消耗,同时在阴极石墨上沉积 碳纳米管, 从而生产出碳纳米管。 • 激光蒸发法：利用激光束照射至含有金属的石墨靶上,将 其蒸发,同时结合一定的反应气体,在基底和反应腔壁上沉 积出碳纳米管。 • 热催化法：调节放置在催化剂前驱体的位置控制催化剂的 挥发速度和浓度，用改变气流的方式收集纳米碳管。 • 太阳能法：将阳光聚焦于石墨烯样品上，使碳原子蒸发， 这些谈升华后被吹到低温区，并在低温区沉积，形成纳米 碳管。
我国科学家制备出高强度碳纳米管
能 源 问题 是 亟待 解决 的世界 性难 题 之 一 ， 应 用于 微 系统 的纳 米 发 电机 出
现 伊始 就 在世 界范 围 内受 到广 泛 关注 。 张海 霞课 题 组首 次 将微 纳复 合 结构 引
管／ 金 属 复 合 物 的报 道 ， 但 仍 然 缺 乏 有效手段用于表 征金属基复 合物受到
力， 为未来非贵金属 催化剂最 终在 燃料 电池 中的应用指 明了方 向。
催化 剂能 显著改变 化学反 应的速 率 ， 在化学化 工等行 业发挥 了不 可替代 的 作用 。 然而， 在 许多苛 刻的 反应条件 下 ， 金属催 化剂 由于 缺少保 护容易被 所处环 境腐 蚀或 毒化 ， 从而 大大降低 了其使 用寿命 。 在 燃料 电池 领域 ， 目前使 用性 能相 对 稳定 的金属铂作 为 电极 催化剂 ， 但铂 的稀 缺与 昂贵 限制 了燃料 电池的大 规模 推广和应 用 。 因此 ， 用“ 廉金属 ” 替 代“ 贵金属 ” 催化 剂成 为这项技 术发展 的瓶 颈 ， 也是燃料 电池 领域 的研究 热点 和前沿科学 。 金属 铁是一 种储量 丰富 的元素 ， 被认 为是最有希 望替 代燃料 电池 电极 材料
阴极催化剂 的稳定性难题 。
的连续网络结构 、 高 电导率 、 高力学强
度 等特点 ， 制备 出了高强度碳纳 米管 、 铜基夹层结 构复合薄膜 。
由于碳 纳米管之 间存在很强 的范
此项研 究成果不仅为 燃料 电池催化 剂的贵金属替 代研究提供 了行之有效 的 途径 ， 也为燃料 电池 大规模应用 带来 了曙光 。 （ 辽宁 日报 ）
Ｉ
Ｉ Ｎ ￣ Ｎ Ｅ ＷＳ
催化剂穿纳米 “ 铠 甲” 贵金属替代研究获突破
据报道 ， 中国科学 院大 连化学物 所 （ 以下简 称“ 中科院大 连化物 所” ） 包信 和 院士 带领 的团队 日前创 造性地为金 属铁纳米催 化剂穿 上了碳纳米层 “ 铠 甲”（ 豆 荚状 碳纳 米管） ， 极 大地 提 高 了铁 基催 化剂 在 燃料 电池 中的 稳定性 和抗 中毒能
碳纳米管的发展历程
碳纳米管的发展历程碳纳米管是一种具有独特结构和性质的一维纳米材料，具有强度高、导电性好等优点，在材料科学领域有着广泛的应用前景。
下面我们来看一下碳纳米管的发展历程。
碳纳米管的发展可以追溯到20世纪50年代，当时发现了石墨层间薄片的存在，人们开始研究石墨层间薄片的结构和性质。
到了20世纪80年代初，日本学者今织利一郎在石墨层间薄片中发现了一个神秘的圆筒状结构，该结构由一个或多个碳原子层组成，即碳纳米管。
随后，研究者们开始对碳纳米管进行更深入的研究。
在1991年，日本学者廣瀬真年成功合成了多壁碳纳米管，并通过扫描电子显微镜观察到了碳纳米管内部的结构。
这一发现使碳纳米管的研究进入了一个新的阶段。
接下来的几年里，随着制备技术的不断改进，单壁碳纳米管被成功合成。
1993年，日本兵庫县立大学的学者佐藤元成和草地哲也等人在碳纳米管的制备中采用了电弧放电方法，成功地制备出了单壁碳纳米管。
这一重大突破奠定了碳纳米管研究的基础。
20世纪90年代末，美国学者段云等人成功地采用化学汽相沉积法大规模制备了单壁碳纳米管，并进一步实现了对单壁碳纳米管的纯化和分离。
这一成果大大推动了碳纳米管的研究和应用。
近年来，随着碳纳米管技术的不断发展，制备方法也得到了不断改进。
传统的碳纳米管制备方法包括电弧放电法、化学汽相沉积法和化学气液固相法等。
此外，还出现了一些新的制备方法，例如水热法、微波法和激光解析法等。
这些新的制备方法可以在更低的温度和压力条件下制备碳纳米管，提高了碳纳米管的合成效率和质量。
目前，碳纳米管已经广泛应用于多个领域，例如电子器件、能源存储和传输、生物医学和纳米材料等。
在电子器件领域，碳纳米管作为一种优秀的导电材料，在场效应晶体管、场发射显示器和纳米电子器件等方面有着广阔的应用前景。
在能源存储和传输领域，碳纳米管可以用于制备高性能的电池、超级电容器和燃料电池等。
此外，碳纳米管还可以用于制备生物传感器和药物传递系统，具有重要的生物医学应用潜力。
碳纳米管的制备工艺与表征
碳纳米管的制备工艺与表征碳纳米管 (Carbon nanotube, CNT) 是一种由碳原子构成的纳米结构物，被誉为"物质世界中最优美的结构之一"，因其具有极高的力学强度、热电性和化学稳定性，被广泛应用于电子、能源、生物等领域。
本文将会讨论碳纳米管的制备工艺与表征。
一、碳纳米管的制备工艺1. 碳原子沉积法碳原子沉积法是将一定数量的碳原子通过气态输送进入低压的反应室，在金属触媒（如Ni、Fe等）的作用下，形成一维碳原子链，最终形成碳纳米管。
这种方法可以实现单壁碳纳米管的制备。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是将气态碳源和气态催化剂一起进入高温反应室，碳源在催化剂表面上析出，形成碳纳米管。
这种方法可以制备多壁碳纳米管，并且可以通过控制反应条件来调节碳纳米管的尺寸和结构。
3. 电弧放电法电弧放电法是在惰性气体气氛下，将两个金属电极通电使其放电而形成的高温等离子体反应区内进行碳纳米管的生长。
这种方法可以制备多种形态的碳纳米管，如无花边、有花边、螺旋状、直管状等。
二、碳纳米管的表征方法1. 透射电子显微镜 (Transmission electron microscopy, TEM)透射电子显微镜是一种高分辨率的显微镜，可以通过向物质传输电子进行成像，并且可以观察到原子级别的细节。
使用 TEM 可以观察到单壁和多壁碳纳米管的形貌和结构，如管径、层数等。
2. 扫描电子显微镜 (Scanning electron microscopy, SEM)扫描电子显微镜是一种能够对物质表面进行高分辨率成像的显微镜。
使用SEM 可以观察到碳纳米管的形貌和表面结构，如螺旋状、直管状等。
3. 原子力显微镜 (Atomic force microscopy, AFM)原子力显微镜是一种高分辨率的表面形貌和力学性质的表征技术。
使用 AFM可以观察到碳纳米管的形状、长度、直径等，还可以得到其力学性质，如弹性模量、硬度等信息。
我国成功制备出世界上最长的碳纳米管
系先 后制成 了２ ０ 厘 米长度 的碳纳 米管 束或单根碳纳 米管后 ，
国际上几 年来再也没有新的突破 。其 中最关键的困难 ，是碳
了新 的世界 纪录。新～ 纪录较之前提高 了～倍 多。这也是着
眼于推动北 京纳米技术 与产业快速发展 的 “ 北 京纳米科 技产
业跃升工程 ” ，再 次取得 的一项全球领先科研成 果 ，令北京 在未来科 技与高端制造业 中，抢 占了战略 制高点。 碳纳 米管是迄 今为止发现的力学性能 最好的材料之一 ，
电梯 一样 前往 。更现 实地看 ，碳 纳米 管 的优异 力牛性 能 ，
还 意 味着 其在 超强纤 维 、防弹 衣等领 域有 着广 阔 的应 用前 景 。不过 ，要 实现上述 梦想 ，前提是 批量 制备 出具有宏 观 长度 、并 且具有理 论力 学性 质 的碳纳 米管— — 单根长度 达 到 米级甚 至公里级 以上 。
和培训 ，让他懂得了科技的力量 。
经费 累计达 到１ ０ ． １ ３ 亿元 ，极 大地改善 了科研 条件 。此外 ， 生物研究所选育优 良农畜 品种 和品系１ ０ ５ 个 ，研 究开发６ 种藏 药新 品，示 范转化各类 实用 技术和新品种４ ０ 多项 ，先后启动 建设 了１ １ 个科技创新平台。 记者 了解 到，在科 技投入 中，西藏不 断加大对 农牧业 的
倾 斜 ，重点解决青稞 、牧草 、牦牛、绵羊 、藏猪等在产业化
发展 中的关键技术瓶颈 。其 中 ，青稞 新品种选育 已取得重大 突破 ，新 品种 “ 藏青２ ０ ０ ０ ”正 式通过审定 。２ ０ １ ２ 年 ，西藏青
稞新 品种 （ 品系 ）及配套栽培技术示 范面积达４ ． ５ ５ 万亩 ，亩
期待 ： “ 目前我们正在从事一米 以上碳纳米管的制备 ，下一
碳纳米管的制备
碳纳米管的制备
碳纳米管是一种具有优异物理和化学性能的纳米材料，广泛应用于电子学、材料学、生物医学等领域。
碳纳米管的制备方法主要包括化学气相沉积、电化学沉积、等离子体化学气相沉积、化学溶液沉积、热解碳化等多种方法。
其中，化学气相沉积是最常用的制备方法之一，通过在高温下将金属催化剂引入碳源气体中，使其在催化剂表面上形成碳原子，从而长成碳纳米管。
电化学沉积是一种简单有效的制备方法，通过在电极表面上沉积碳纳米管的方法将电解质中的碳原子还原成碳纳米管。
等离子体化学气相沉积是一种高效制备方法，通过在等离子体中激发反应物，使其在金属催化剂表面上长成碳纳米管。
化学溶液沉积是一种基于水溶液或有机溶液的制备方法，通过在溶液中加入碳源，使其在溶液中形成碳纳米管。
热解碳化是一种将有机分子在高温下分解成碳纳米管的方法，适用于制备高质量的碳纳米管。
以上这些方法都有其特点和应用范围，可以根据需要选择合适的方法进行制备。
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碳纳米管的制备与纯化-李玲玲
一般说来，碳源的选择不影响产物的性质， 一般说来，碳源的选择不影响产物的性质，但是 对碳纳米管的成长速率有一定的影响。 对碳纳米管的成长速率有一定的影响。不同的碳源 分解温度不同，因而热传导率也不同。另外， ，分解温度不同，因而热传导率也不同。另外，在 反应中加入一些生长促进剂(如硫、 唾吩等) 反应中加入一些生长促进剂(如硫、磷、唾吩等)可 以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。 以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。 此外，载体法中随着碳源的分解， 此外，载体法中随着碳源的分解，碳的浓度和 压强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时， 压强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时，便 开始在催化剂颗粒上沉积成核， 开始在催化剂颗粒上沉积成核，开始碳纳米管的生 所以与其它方法相比， 长。所以与其它方法相比，载体催化热解法能充分 利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。 利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。
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） 电弧放电法。（已用于工业化生产） 。（已用于工业化生产 ➲ 激光蒸发法。 激光蒸发法。 ➲ 化学气相沉淀法。 化学气相沉淀法。 ➲ 太阳能法。 太阳能法。 ➲ 火焰法。 火焰法。 ➲ 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。 ➲ 等离子体法。 等离子体法。 ➲ 水热法。 水热法。 ➲ 超临界流体技术。 超临界流体技术。 ➲ 固相复分解反应制备法。………… 固相复分解反应制备法。
➲ 电弧法制备碳纳米管的生长机理
在观察电弧法制备的纳米管结构时发现，很 难用闭口模型生长机理来解释其结构的形成， 例如：闭口生长模型不可能解释为什么在多壁 的生长过程中内层的长度和外层的不同。另外 ，在如此高温下，碳管沿径向和轴向同时生长 ，所有的同轴碳管将瞬间形成，表明这种生长 更倾向于开口生长。
碳纳米管的制备ppt课件
一般多用于生产单壁碳纳米管
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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
, 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。
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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
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
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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.
碳纳米管的制备
报告人
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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
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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
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碳纳米管合成的工程原理
团聚结构控制
纳米材料诗句
纳米材料诗句
1、颂纳米艺术
何学锋
纳米世界多奇葩,
朵朵皆非寻常花。
若无电镜显神力,
肉眼哪得见到它!
2、[祖国赞歌——世界最长碳纳米管制造成功] 智慧世界与启迪，万象自然之珍惜。
人类生存空间新，宏观微观析进趋。
道路漫漫意无尽，宇宙奥妙展豪极。
科研精尖攻关勇，步步迈进成果期。
提高效率能量阔，拓展新型建材予。
宏图战略造福惠，生生不息源泉怡。
一穷二白当年岁，高昂精神动云霓。
钢铁筑起大国盛，实体擎力苍宇祺。
中国制造远征里，天空天梯理想及。
无限未来志气赞，阶梯成型真逶迤。
童幻童真好绚烂，车行彩虹现长衢。
时空怀抱好魅力，高新科技展宏奇。
3、纳米歌
纳米金，光共振，热疗肿瘤促消亡；量子点，半导性，结构调控绚荧光[；铁氧体，超顺磁，靶向回收随外场；分子筛，孔道均，吸附催化皆擅长；微胶束，亲疏水，气象万千腹中藏；纳米管，碳骨架，蜂巢晶格韧性强；石墨烯，层隙密，信电储能热未央。
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过 其他 材料 。 （ 《 科 学美 国人 》 杂 志 曾提 出 “ 在 地球 与 月
魏 飞称 ： “ 我们制备 的碳纳 米管具有 完美的结 构 、
亮 之间搭建 一座天梯 ” 的诱 人梦想 ， 但 跨越如此 长的距 优异 的 力学 性 能和 宏 观 的长 度 ， 目前 我们 正在 从 事 １ 离而 不被 自身重量拉 断的材料 ， 只有 碳纳米 管 ， 并 且是 米 以上 碳纳 米管 的制 备 ， 下一步 希 望能够制 备 出公里
世界最长碳 纳米管成功制备
文 ／申 明
爬上 “ 梯子” 摘星星， 坐着 “ 电梯 ” 去 月亮 ， 这 些
对 于碳 纳米管 的生长 而言 ， 其 高温生 长过程 中催
从 而 限制 了碳 纳米 科 幻 的场景 ， 将 有 可能 成为现 实 。 近Ｅ ｌ ， 在北 京市 科委 化剂 的失活 是一 个不 可逆 的规律 ， 并且 ， 随 着催化 剂失活 ， 长 的碳纳 米管密 度 支持下 ， 清华 大学 魏飞 教授 团队成 功制 备 出单根 长 度 管的长 度 ； 因此 ， 尽 可能 地提 高 其 催化 剂 活性 概率 达 半米以上 的碳纳 米管 ， 创造 了新 世界纪 录 ， 这 也是 目 会 急剧 下 降 。 是进 一步提 高碳 纳米 管长 度的 唯一途 径 。 该 团队充分 前 所有 一维 纳米 材料 长 度的最 高值 。 相 关 内容近 日在 发挥 材料制 备和 化 工技术 学科 交叉 的优势 ， 在 制造 设 线发 表在 国际著名期刊 美 国化学 会纳米 ） ） 上。 备、 制 备工艺方 面进行大 量改进和 创新 ， 首 次将生长每 碳 纳 米管 是 迄 今发 现 的 力学性 能 最好 的 材料 之 毫米长 度碳纳米 管的催化 剂活性概率提 高到９ ９ ． ５ ％ 以
该项 目 采 用基材膜表 面处理技 术与无机 陶瓷粉体 用前景 。 项 目研发的 产品投产后 ， 将大规 模应用于车 载
批 量制 备 ， 具 有宏 观长 度 、 理论 力学 性 质、 单 根长 度达 级以 上长 度并具 有 宏观密 度的碳 纳米 管 。 这些 工作将 到米 级甚至 公里级以上 。
为太空 ‘ 天梯 ’ 的制 备开启一 线曙光 。 ”
陶瓷功能膜显著提升锂 电池安全性
文 ／李 云
近 日， 由厦 门大学和 中航锂 电 （ 洛阳） 有限公 司联 总 结陶 瓷隔 膜技 术参数 的变 化规 律 ， 研 制 的隔膜 同时 合承担 、 “ ８ ６ ３ ” 计 划支持 的高安全 性动 力 电池 用功能 隔 具 有 电流切 断特性 和高 耐热性 能 ， 技术 指标 达到世 界 膜 的技 术 开 发项 目， 已建 成一 条 年产 ３ ０ ０万 平 方米 陶 先 进水平 。 瓷功能 隔膜试 验线 ， 在此 基础上 完成 固化 、 合浆 、 涂布 、 目前 ， 涂布 厚 度为３微 米 三氧化 二 铝的 聚乙烯 隔 分切 工艺技 术开发 ， 形成 生产能 力 ， 并 进行 了陶瓷 隔膜 ５ ０ ℃条件下２小 时热缩率小 于２ ％， 性能优于 国外 电池 设计 、 试 制 与测 试 。 该项 目的实 施 ， 对提 高锂 离子 膜在 ｌ 动力 电池 生产和应 用的安全性 具有至关 重要的作 用 。 同类 产品 ， 成本可控制在 １ ０元／平方 米 ， 具有较 好的应