超薄碳纳米管阻燃材料开发成功
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述
碳纳米管的特性及其高性能的复合材料综述摘要作为一种具有较强力学性能的材料，碳纳米管自诞生以来就受到了广泛关注，并且从以往的实践经验上来看，碳纳米管是非常理想的制备符合材料的形式。
在本文的研究当中，主要立足于这一领域进行分析，提出了碳纳米管本身所具备的特性，以及这种材料在实践过程当中的优越性，进而提出应用策略，希望能够在一定程度上起到借鉴作用。
关键词碳纳米管；复合材料；复合镀迄今为止，碳纳米管材料已经在诸多领域当中得以运用，并且取得了比较显著的成果，其中包括电极材料、符合材料、催化剂载体等诸多方面。
在应用过程当中，碳纳米管的优异性能能够使其在符合材料当中起到较强的作用。
本文研究的侧重点在于碳纳米管的制备和复合材料的应用方面，提出了碳纳米管的特性及其高性能的复合材料。
1 碳纳米管的结构及其性能从结构上来看，碳纳米管具有石墨层状的结构，其中包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
组成纳米碳管的C-C共价键是自然界当中具有稳定特征的化学键，无论在理论计算还是实践当中，都能够看出来，碳纳米管具有非常强的韧性。
在制备过程当中，碳纳米管主要涉及的电弧放电、催化热解和激光蒸发等。
具体来讲，在电弧放电当中，主要制备单壁碳纳米管，但是其中具有一定的弊端，比如产率非常低，但是成本却很高；而催化热解法当中所表现出来的是设备简单和生长速度较快等特点，一般在现代工程的批量化生产过程当中，会用到这种方法。
在当前应用领域，高强度的微米级碳纤维复合材料有着非常广阔的应用前景和较好的应用效果。
但是当前我国在这一领域所取得的进展依旧比较滞后，要想在强度上取得新的突破，必须要有效减少碳纤维的直径，提高纵横比。
碳纳米管是比较典型的纳米材料，纵横比非常可观。
更为重要的是，从长度上来讲，纳米管对于复合材料的加工性能并没有非常明显的不良影响，使用这一材料能够有效聚合复合材料，改变传统加工当中的一些问题，增强复合材料的导电性能。
再加上纳米管当中所具备的结构优势，使得聚合物电导率提升的同时也不容易被改变性能[1]。
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
原位生长的CNTs@MoS2_杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能
表面技术第53卷第4期原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能王晓明1，朱耿增1，金义杰2，贾丹2*，段海涛2，詹胜鹏2，杨田2，凃杰松2，章武林2，马利欣2（1.国网山东省电力公司电力科学研究院，济南 250003；2.武汉材料保护研究所特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室，武汉 430030）摘要：目的设计并研制一种耐火和隔热性能突出的水性膨胀型防火涂料。
方法以碳纳米管（CNTs）、四水合钼酸铵、十六烷基溴化铵（CTAB）、硫脲为原料，通过简单的一步水热法原位生长出一种新型的CNTs@MoS2杂化物，并采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM等手段对复合杂化物进行表征。
再将CNTs@MoS2杂化物作为增效剂分散在水性膨胀型防火涂料（CNTs@MoS2/WES）中，通过大板实验和涂层、炭焦层表面分析评价了涂层的耐火和隔热性能。
结果与WES（膨胀倍率为3.90）、CNTs /WES涂层（膨胀倍率为6.04）、MoS2/WES涂层（膨胀倍率为 4.59）相比，CNTs@MoS2/WES涂层具有最高的膨胀倍率（8.88）。
CNTs@MoS2/WES涂层所涂覆的钢板在燃烧40 min后背面温度最低（133.3 ℃），这充分表明该涂层具有优异的隔热性能。
结论制备的CNTs@MoS2杂化物表现出稳定的网络交织结构，有效提高了它在涂料中的分散性能。
此外，CNTs@MoS2/WES涂层优异的耐火和隔热性能主要归因于：1）CNTs@MoS2/WES涂层及其炭焦层具有更致密和完整的表面，阻隔了热量的传递；2）CNTs的添加增强了炭焦层的致密性，抑制了膨胀过程中产生的气体泄漏，提升了涂层膨胀倍率；3）MoS2提高了膨胀层强度且促进了炭焦层的形成，减少了裂纹和孔隙的产生。
关键词：碳纳米管（CNTs）；二硫化钼（MoS2）；协同效应；耐火性能；阻燃机理中图分类号：TQ328.3 文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)04-0200-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.04.019Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings WANG Xiaoming1, ZHU Gengzeng1, JIN Yijie2, JIA Dan2*, DUAN Haitao2,ZHAN Shengpeng2, YANG Tian2, TU Jiesong2, ZHANG Wulin2, MA Lixin2(1. State Grid Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250003, China; 2. State Key Laboratory of Special SurfaceProtection Materials and Application Technology, Wuhan Research Institute of Materials Protection, Wuhan 430030, China)收稿日期：2023-02-25；修订日期：2023-08-24Received：2023-02-25；Revised：2023-08-24基金项目：国家电网公司总部科技项目（5500-202216111A-1-1-ZN）Fund：State Grid Corporation Headquarters Science and Technology Program (5500-202216111A-1-1-ZN)引文格式：王晓明, 朱耿增, 金义杰, 等. 原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能[J]. 表面技术, 2024, 53(4): 200-210.WANG Xiaoming, ZHU Gengzeng, JIN Yijie, et al. Fire Resistance and Thermal Insulation of in Situ-grown CNTs@MoS2 Hybrids Enhanced Waterborne Intumescent Flame-retardant Coatings[J]. Surface Technology, 2024, 53(4): 200-210.*通信作者（Corresponding author）第53卷第4期王晓明，等：原位生长的CNTs@MoS2杂化物增强水性膨胀型防火涂料的耐火和隔热性能·201·ABSTRACT: Fire is one of the most significant issues affecting the durability of steel constructions, which not only limits their application in industrial engineering but also seriously threatens the safety of personnel present. The latest ecologically friendly and aesthetic flame-retardant technology is a intumescent flame-retardant coating made from a triple system composed of ammonium polyphosphate, pentaerythritol, and melamine (P-C-N). However, its fire resistance and protective capacity are still insufficient.To address this problem, a waterborne intumescent flame-retardant coating with outstanding fire resistance and thermal insulation properties was designed and developed. The carbon nanotubes (CNTs), hexadecyl trimethyl ammonium bromide (CTAB), and thiourea were used as basic materials to synthesize novel CNTs@MoS2 hybrids through a straightforward one-step hydrothermal method. The composite hybrids were characterized using FT-IR, XRD, Raman spectroscopy and SEM techniques.FT-IR spectra showed that the CNTs were compounded with MoS2, and the absorption peaks of both CNTs and MoS2 were observed on the curves of the CNTs@MoS2 hybrids. XRD spectra confirmed the diffraction peaks at 2θ=14.2°, 25.8°, 32.5°,37.4° and 57.2° for the CNTs@MoS2 hybrids, respectively. The Raman spectrum showed a higher I D/I G= 0.63 of CNTs@MoS2samples than that of CNTs (I D/I G=0.52) since the partial filling of the CNTs surface with MoS2 matrix. It was found that the hybrid of CNTs@MoS2 was composed of CNTs nanowires and molybdenum disulfide microspheres. Afterward, the synergist CNTs@MoS2 hybrid was dispersed in waterborne intumescent fireproofing coatings (CNTs@MoS2/WES), and their fire resistance and thermal insulation properties were evaluated by large-plate experiments and surface analyses of the coating and charred layers. SEM images showed that there were obvious cracks and pores on the WES, CNTs/WES and MoS2/WES coating surfaces. However, CNTs@MoS2/WES coatings displayed a smooth and dense surface, which could improve the barrier effect of the coatings. In general, the difficulty of heat transfer from the air to the substrate rose with the thickness of the expansion layer. It was confirmed that the expansion ratio of CNTs@MoS2/WES, CNTs/WES and MoS2/WES coatings were 8.88 times,6.04 times and 4.59 times, respectively, which was much higher than that of the WES coating (3.90 times), which indicated thatCNTs@MoS2 hybrids preferably promoted the fire resistance of the WES coating. In addition, CNTs@MoS2/WES coatings exhibited the lowest backside temperature (133.3 ℃) after 40 min of combustion, which confirmed their better thermal insulation properties. The morphology of the char layer of the coating was observed using the SEM technique. Results displayed that the char layer of CNTs@MoS2/WES coatings presented a more complete carbon coke layer with uniform and stable expansion structures and smaller pores, which effectively inhibited the transfer of external heat and oxygen to the steel surface.In brief, the prepared CNTs@MoS2 hybrids display a stable network hybridization structure, which effectively improves their dispersion performance in coatings. In addition, the excellent fire and thermal insulation properties of CNTs@MoS2/WES coatings are mainly attributed to 1) denser and more complete surfaces of coatings and their char layers; 2) dilution of heat and oxygen by carbon dioxide released during combustion; and 3) reduction of cracks and porosity via catalytic carbonation of MoS2.KEY WORDS: carbon nanotubes (CNTs); molybdenum disulfide (MoS2); synergistic effect; fire resistance; flame-retardant mechanism钢结构因其强度高、抵抗变形能力强、可重复使用等优点而逐渐成为工业、工程的重要组成部分[1-3]。
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
低维材料之碳纳米管
五、碳纳米管复合材料
可以与金属，无机陶瓷材料，有机 高聚物复合，应用广泛
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。
• 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。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为 阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。
结构复合材料：碳纳米管复合材料基于 纳米碳管的优良力学性能可将其作为结 构复合材料的增强剂。 研究表明，与无机复合明显提高韧性， 有机聚合物复合提高强 度。环氧树脂和 纳米管之间可形成数百MPa 的界面强度。 功能复合材料：基于碳纳米管优良的导 电，导热，吸波，介电，储氢功能
六、碳纳米管应用
• 碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，用以代替ITO（氧化铟锡）作为触摸屏的材料。先前的技术中， 科学家利用粉状的碳纳米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃衬底上，但是这样的技术至今没有进 入量产阶段；目前可成功量产的是利用超顺排碳纳米管技术；该技术是从一超顺排碳纳米管阵列中 直接抽出薄膜，铺在衬底上做成透明导电膜，就像从棉条中抽出纱线一样。
碳纳米管
碳纳米管的分类
• 碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此按照石墨烯片的层数可分为：单壁碳纳 米管和多壁碳纳米管，多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获 各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相比，单壁管直径大小 的分布范围小，缺陷少，具有更高的均匀一致性。单壁管典型直径在0.6-2nm，多壁管最 内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。
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。
碳纳米管综述
碳纳米管综述摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。
同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。
引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。
正文：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。
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。
T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。
C. Journet[4]等在阳极中填人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。
综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。
电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。
催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD)催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。
该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。
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。
多壁碳纳米管的功能化及应用共3篇
多壁碳纳米管的功能化及应用共3篇多壁碳纳米管的功能化及应用1多壁碳纳米管的功能化及应用近年来，多壁碳纳米管（multi-walled carbon nanotubes，MWNTs）因其特殊的物理和化学性质，成为了各种领域的研究热点。
多壁碳纳米管是由多个同心壳层组成的碳纳米管，每个层之间的间隔为0.34 nm，外径通常在5-30 nm之间，内径在2-20 nm之间。
多壁碳纳米管的物理和化学性质可以通过功能化来改变，从而使其在生物、材料、电子和能源领域等多个领域中发挥出不同的应用。
多壁碳纳米管通过不同的化学反应可以实现不同的功能化，如氧化、还原、硝化、酰化、磷酸化等。
其中，氧化是最常用的功能化方法，其可以在碳纳米管表面引入羟基、醛基、酸基等官能团，从而增加碳纳米管表面的化学反应性和溶解性。
氧化功能化还可以用于制备稳定的水分散多壁碳纳米管。
另外，多壁碳纳米管还可以实现生物分子的共价结合，从而制备出多功能的生物纳米复合材料，如药物纳米粒子和生物传感器等。
多壁碳纳米管在材料领域中的应用非常广泛。
其可以被用作增强剂来增强聚合物和金属基复合材料的力学性能，比如焊接电弧制备多壁碳纳米管增强的金属基复合材料可以达到超高的强度和硬度。
多壁碳纳米管还可以用于制备导电、导热、阻燃和光学材料。
例如，将多壁碳纳米管掺入聚合物基复合材料中可以有效地提高载流子迁移率和防静电性能。
多壁碳纳米管在电子领域中的应用也非常广泛。
因为多壁碳纳米管具有超细的管径和高表面积，所以可以被用于制备高性能的电子器件和电子传感器。
例如，将多壁碳纳米管与银纳米线复合可以制备出高导电性和柔性的导电薄膜，可以在柔性显示器、触摸屏和电子纸等领域中广泛应用。
除此之外，多壁碳纳米管还可以用于制备高效能源储存器件和催化剂。
多壁碳纳米管可以被用作超级电容器的电极材料，其高比表面积和高导电性可以大大提高电极材料的储能效率。
多壁碳纳米管还可以被用作铂基的电催化剂的载体材料，其高比表面积和优越的物理和化学稳定性可以大大提高催化剂的催化效率。
无金属催化剂制备碳纳米管的研究进展
无金属催化剂制备碳纳米管的研究进展1、碳纳米管作为纳米材料中最具潜力的材料之一,其制备工艺的研究受到广泛关注。
目前,碳纳米管的制备方法主要有电弧放电法、激光蒸发法和催化剂辅助化学气相沉积法等,其中,电弧放电法制备碳纳米管的特点为生长快速,工艺参数较易控制,但生长温度高,设备复杂,产物杂质多,产率低且难纯化,不适合批量生产;激光蒸发法制备的产物质量高,但产量低;催化剂辅助化学气相沉积法是利用碳氢化合物裂解产生的自由碳离子,在催化剂一端析出生成碳纳米管的一种方法,该法相对其它方法具有反应过程易于控制、适用性强、制备方法简便、可规模化生产等优点,被广泛应用于制备碳纳米管。
但是,由于产物中残留催化剂颗粒,使碳纳米管的性能及应用受到很大影响。
碳纳米管可以应用于场发射器件、电容器、晶体管、储氢材料、复合材料等众多领域,但大部分应用需要采用纯净的碳纳米管才能使其性能发挥至最优状态。
对产物进行纯化是当前去除碳纳米管中残留催化剂颗粒,获得不含金属催化剂颗粒的纯净碳纳米管的主要手段,然而纯化过程提高了生产成本,收率低,同时可能导致碳纳米管的结构受损或引入新的杂质;利用无金属催化剂工艺如电弧法、激光辅助热解法、等离子蒸发法等制备碳纳米管,是另一种获得纯净碳管的途径,本文针对目前无金属催化剂制备碳纳米管方面的研究进展进行了介绍。
2 无金属催化剂制备碳纳米管的方法2.1 电弧法电弧法是最早应用于制备碳纳米管的方法。
该法是在真空反应室内充入一定压强的惰性气体(如氦气、氢气、氮气等),采用面积较大的石墨棒作阴极,面积较小的石墨棒为阳极。
两石墨电极之间保持一定的间隙,在电弧放电的过程中,反应的温度可以达到3000~4000℃,阳极石墨棒不断被消耗,最后在阴极上沉积出碳纳米管。
1991年,Iijima等就是用此方法首次成功合成碳纳米管。
2000年,Ishigami等对该方法进行改进,在反应室内充满液氮,将纯石墨棒电极直接浸入液氮中,电弧放电过程中,液氮提供保护性气氛及缓冲气源,使得产物在惰性气氛下易保存输运,同时避免了复杂的真空密封装置,降低了制备成本。
碳纳米管的发展及应用
碳纳米管的发展及应用马鞍山安徽工业大学材料与工程学院无机093 纪多亮摘要：本文重点介绍制备纳米管方法有石墨电弧法、激光蒸发法、催化热解法等技术。
同时也叙述了碳纳米管的力学性能、光学性能、电磁学性能等性能及其应用，前景。
关键词：碳纳米管制备技术性能应用前景Carbon nanotubes development and application Ma on shan Anhui University of Technology Materials and engineering institute Inorganic093 ji duoliangAbstract: This paper mainly introduces the preparation method of nanotubes with graphite arc method, laser evaporation method, catalytic pyrolysis technology. At the same time also described the mechanical properties of carbon nanotubes, optical properties, electromagnetics performance properties and application, the prospectKeywords: Carbon nanotubes Preparation technology Performance application prospect前言：自1991 年日本电气公司的S.Iijima（饭岛澄男）教授[1]发现碳纳米管以来,碳纳米管因其优异的力学、电学和光学性能受到了越来越多的关注。
碳纳米管是由碳六元环构成的类石墨平面卷曲而成的纳米级中空管,其中每个碳原子通过sp2 杂化与周围3 个碳原子发生完全键合。
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据 相 关 数 据 显 示 ，在 全 社 会 三 大 能 耗 中 ， 建 筑 能 耗 占到 全 社 会 总 能 耗 的 ４ ０ ％ 以 上 ， 而 建 筑 通
将 迎 来 黄 金 发 展 期 。 而 在 其 重 要 领 域 占据 一 席 之
地 的 碳 纤 维 及 其 复 合 材 料 ， 正 在 新 一 轮 的 起 跑 线
装 饰 引发 的火灾 减少 １ ／ ３ 。 通 过 在 纳 米 尺 度 上 采 用 一 种 独 特 的 三 明 治 结
构 ，美 国 国家标 准 与 技 术 研 究院 （ ＮＩ Ｓ Ｔ） 的 科 学 家 开 发 出 一 种 多 壁 碳 纳 米 管 材 料 ， 可 大 幅 降 低 泡 沫
制 品 的 可 燃 性 。 研 究 人 员 称 ， 新 技 术 有 望 将 因 软
际上 即便 用 “ 薄 如 蝉 翼” 来 形 容 也 绝 不 为 过 — — 其
整体 厚 度 还 不到 人 类 头发直 径 的百分 之 一 。
在 研 究 初 期 ， 负 责 该 项 目 的 材 料 科 学 家 金 延 锡（ 音译 ） 和 里克 ・ 戴 维 斯 为 新 材 料 设 定 了 ３个 关 键 目标 ： 泡 沫 材 料 多 孔 表 面 全 覆 盖 、 纳 米 管 均 匀 分 布 、制 造 方 法简 单 易推广 。 为 解 决这 一 问题 ，他 们选 用 了医用碳 纳 米管 ， 这 种 材 料 在 细 胞 培 养 中 常 被 用 来 增 加 ＤＮ Ａ 分 子 的 黏 性 。 其 特 点 是 外 部 包 裹 有 一 层 含 有 氮 分 子 的 氨
过 门 窗 流 失 的 能 耗 占到 建 筑 总 能 耗 的 近 一 半 。 建 筑节 能 ， 门窗是 关键 。
在“ 第 二 届 中 国 绿 色 建 筑 节 能 门 窗 幕 墙 高 峰 论
前蓄 势待 发 。
碳 纤 维 是 一 种 具 有 很 高 强 度 、 密 度 小 的 耐 高 温 纤 维 ， 密 度 不 足 钢 的 四 分 之 一 ， 强 度 却 比 钢 高 十 倍 。 随 着 碳 纤 维 制 造 生 产 工 艺 日趋 成 熟 、 复 合
材 料 制 造 技 术 水 平 的 逐 渐 提 高 以 及 生 产 成 本 的 逐 步 下 降 ， 碳 纤 维 及 其 复 合 材 料 产 品 工 业 化 生 产 由 国 防 工 业 转 向 民 用 工 业 ， 主 要 围 绕 汽 车 、 新 型 风
坛” 上 ， 国 家 建 筑 材 料 工 业 技 术 监 督 研 究 中 心 主 任 徐洛 屹表 示 ，门 窗幕墙 是 建 筑 节 能最 薄 弱 的环 节 ，
直 是 困 扰 新 疆 道 路 通 行 的 难 题 ， 所 以 一 般 集 中 在
每 年 ４月 一 ５月 进 行 修 补 。
（ 摘 自 中 国 建 材 数 字 报 网）
节能 减 排碳 纤 维及 其 复合 材料 成 “ 新宠 ” 建 筑节 能 门 窗幕墙 将 迎来 广 阔前 景
伴 随 着 节 能 减 排 的 全 面 推 进 ， 新 材 料 产 业 即
（ 责 任 编 辑 ： 李 键 灵）
构 ，美 国 国家 标 准 与 技 术 研 究 院（ ＮＩ Ｓ Ｔ） 的 科 学 家
开 发 出 一 种 多 壁 碳 纳 米 管 材 料 ， 可 大 幅 降 低 泡 沫 新疆 乌鲁 木 齐成 功 试点 冬 季摊 铺 沥青
冬 季 也 可 摊 铺 沥 青 ， 机 械 摊 铺 、 人 工 摊 铺 都 可 以 ， 即 铺 即 通 。 前 不 久 ， 新 疆 乌 鲁 木 齐 公 路 管 理 局 在 省 道 Ｓ１ ０ １线 西 山农 场 段 成 功 试 点 一 项 冬 季 沥 青混凝 土 摊 铺 新技 术 。 省 道 Ｓ１ ０ １线 西 山 农 场 段 的 道 路 破 损 比 较 严 重 ， 部 分 路 段 路 面 出现 大 坑 连 小 坑 、技 术 有 望 将 因 软
可 通 行 。使 用 寿命 是 热 沥青 混凝 土 的 ２ ～ ３倍 ， 可
减少 有 害 气体 的排 放 。
正 常情 况 下 ，普 通 沥 青 混凝 土 须 在 １ ９ ℃ 的 气
温 下铺 设 ，基 本 上 不 能人 工 摊 铺 ， 也 不 能储 存 ， 遇 到 下 雨 、 料 车 堵 塞 或 机 械 故 障 未 及 时 摊 铺 碾 压
和 雪 天 也 可 正 常 施 工 ， 即 铺 即 通 ， 施 工 完 以 后 便
技 术 ， 将 多 壁 碳 纳 米 管 与 两 种 高 分 子 材 料 像 三 明
治 一 样 组 合 在 一 起 ， 并 将 这 种 ３层 材 料 连 续 叠 加
了 ４层 。 这 种 听起 来 相 当 “ 厚 实 ”的 纳 米 材 料 ， 实
便 只 能报废 。
由 于 天 气 寒 冷 ， 气 温 较 低 ， 冬 季 道 路 修 补 一
基 。 这 一 选 择 最 终 被 证 明 是 正 确 的 ， 医 用 碳 纳 米 管能够 均 匀分 布 在 阻燃 材 料 当中 ，并 牢 固 “ 抓 住”
与之接 触 的材料 表 面 。 （ 摘 自九 正 建 材 网 ）
装 饰 引发 的火灾减 少 １ ／ ３ 。 由美 国 国 家 标 准 与 技 术 研 究 院 发 明 的 这 项 新
等 病 害 。 乌 鲁 木 齐 公 路 管 理 局 共 选 取 了 ３处 总 计 ２ ０ ０ 多 ｍ 的 道 路 病 害 点 ， 试 点 摊 铺 一 种 常 温 改 性
沥 青 混凝 土 。这 种 黑色 的 改 性 混凝 土 与 普 通 混凝 土 相 比 ，摸 起 来 较 软 ，粘 性 较 好 。 新疆 富瑞 通港 商 贸有 限公 司经理 王 洪 先介 绍 ， 该 混 凝 土 可 以在 一 ２ ０ ℃～ ６ ０ ℃ 正 常 施 工 摊 铺 ， 雨 天