碳纳米管的表面修饰及性能研究

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碳纳米管及修饰

一、碳纳米管的用处及修饰方法
一般来说，碳纳米管/聚合物复合材料可以通过熔融共混法，溶胶凝胶法，以及原位聚合方法等方法来制备。根据碳纳米管和聚合物之间的相互作用的不同，碳纳米管/聚合物复合材料也可以通过以下四项方法制备: • （一）通过非共价作用或共混； • （二）通过共价键连接； • （三）通过吸附作用或以组装形式； • （四）混合预先功能化的碳纳米管与聚合物。
一、碳纳米管的用处及修饰方法
（a）碳纳米管以机械方式分散于聚合物基体中 Байду номын сангаасb）聚合物键合在碳纳米上（c）聚合物通过层层自组装的包复碳纳米管（d）聚合物接枝的碳纳米管分散于聚合物中
二、目前对于碳纳米管修饰的研究现状
通过非共价作用，如π-π 非共价键作用，静电吸附作用，范德华力，疏水力，氢键等，聚合物链组装或吸附在碳纳米管表面。这一方法最具有吸引力的地方在于碳纳米管的结构在功能化后得以保留，从而碳纳米管的内在性能被保存完好。其缺点是碳纳米管与聚合物因弱相互作用而形成的复合物稳定性较差，并且难以控制碳纳米管表面上的聚合物接枝量。
一、碳纳米管的用处及修饰方法
• 碳纳米管（CNTs）自从 1991年被发现以来，它一直是纳米科学与纳米技术领域研究的热点。碳纳米管主要呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。根据碳纳米管管壁包含的碳原子层数不同可分为：单壁（SWNTs），双壁（DWNTs）和多壁（MWNTs）碳纳米管。 • 碳纳米管因其具有独特的结构和优越的性能，如极高的机械强度、优异的电学性能，高导热性，以及广泛的在纳米填充物、纳米器件、纳米生物技术等领域潜在的应用，成为了物理、化学、材料，甚至生物学领域的研究热点。然而由于其本身溶解性比较差，而且缺少官能团极大的限制了碳纳米管在很多领域的应用。

碳纳米管表面处理方法

碳纳米管表面处理方法碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种具有管状结构的纳米材料，具有很高的比表面积、优异的导电性和力学性能，因此在各个领域有着广泛的应用前景。

然而，碳纳米管的应用受到了其表面的独特结构和性质的限制，表面的氧化物团簇、导电性的不稳定性以及与其他物质的相互作用等都会影响其性能的表现。

因此，为了完善碳纳米管的性能，提高其应用价值，需要对其表面进行处理。

以下将介绍几种常见的碳纳米管表面处理方法。

1.助剂表面吸附法助剂表面吸附法是一种简单有效的碳纳米管表面处理方法。

通过将助剂分散在溶液中，碳纳米管与助剂之间会发生吸附作用，形成覆盖在碳纳米管表面的薄膜。

常用的助剂包括聚合物、离子液体、金属络合物等。

这些助剂可以降低碳纳米管表面的活化能，增强其与其他物质之间的相互作用，改善碳纳米管的分散性和稳定性。

2.酸、碱氧化法酸、碱氧化法是一种常见的碳纳米管表面处理方法。

通过将碳纳米管浸泡在酸、碱溶液中，碳纳米管表面的杂质和氧化物可以被去除或转化为可溶性物质，从而改善碳纳米管的纯净度和结构稳定性。

酸、碱氧化法可以在一定程度上改善碳纳米管的分散性和可加工性，并提升其与其他物质的相互作用能力。

3.热处理法热处理法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过高温处理碳纳米管，可以去除表面的有机杂质，增强碳纳米管的晶格结构，并改善其导电性能。

热处理法常用的温度范围为500-1000摄氏度，处理时间一般为1-2小时。

然而，需要注意的是，高温处理过程中碳纳米管易发生失序、析碳等现象，因此需要控制好处理条件，以避免对碳纳米管结构和性能的不利影响。

4.功能化修饰法功能化修饰法是一种常见的碳纳米管表面处理方法，通过在碳纳米管表面引入功能基团，改变其化学性质和物理性能，进而实现针对性的应用。

常用的功能化修饰方法包括化学氧化、醇酰化、腈化等。

功能化修饰可以改善碳纳米管的分散性和亲水性，增强其与其他物质的相互作用，拓宽其应用范围。

Fenton／UV法对碳纳米管表面修饰的研究

＋ＨＯ・Ｈ一＋Ｏ
＋ＨＯ＋日０・
（１）
（２）
以前研究表明，ＦｎｎＶ（ｅｔ／ｏＵ紫外线１法相对
其他Ｆｎｏ试剂法，能够更有效地在ＣＴ表面引ｅｔｎＮｓ
有很强的水解一聚合一沉淀趋势［９１，即由自由离子态或单核羟基络合物逐步水饵成低级聚合态与高
常稳定，不溶于水和有机溶剂，且在溶液中易聚集成束，妨碍了对其进行分子水平研究及操作，限制了ＣＴ在各方面的应用。为了提高ＣＴ的ＮｓＮｓ分散能力，增加其与基体的界面结合力，对其进行修饰就成为ＣＴ走向实际应用的一个关键问Ｎｓ
题。
１９
ＡｂｔａｔＡｎｖｌｔｏ — ｅｔ／Ｖ，ａｓｄｔｍｄｆａａｂｎｎｎｔｂｓＣＴ）Ｔｅｅｆｃｆｓｒｃ：ｏｅｍｅｄＦｎｏＵｗｓｅｏｉｃｔｃｒｏａｏｅ（Ｎｓ．ｈｆｔｏｈｎｕｏｉｅｕｅｓ
图３中的曲线ａｂ经过ＦｎｎＶ（中和是ｅｔ／ｏＵ其Ｆｎｎ￣ｐ值分别为１）处理后的ＣＴ红ｅｔ试ｆＨｏ１］和５Ｎｓ
生反应（反应式（）２，利于ＦＦ）ｅ／ｅ之间的转换，＋可以充分发挥ＦＦ，ｅ／ｅ的类似于催化剂的作用，＋
因此几乎没有Ｆ。ｅ的络合物依附表面。离心过滤
后得到的ＣＴ较为纯净。Ｎｓ图２ｅ和Ｈ２。同配比处理后ＣＴ的红外是Ｆ０不Ｎｓ
ＹＮＱａｇＩａ— ｕＩｉｎ，ＸＮＪｎｈａｉ

对苯二甲酸表面修饰多壁碳纳米管的研究

（ＴＰＡ）Ｔｈｏａｅｏ．ｅｄｓｇｆⅣ陬ＩｔｅｔｍｐｒｔｒｎｉｉｈａｅｉａｔｇｔｅｒａｔｏｒｎｅｔｇｔｄＴｈＴ，ｈｅｅａｕｅａｄｔｍｅｗｈｃｒｍｐｃｉｈｅｃｉｎｗｅｅｉｖｓｉａｅ．ｎｅｃｎｉｕａｉｎａｄｓｒｃｕｅｏｈａｌｒｈｒｃｅｉｅｙＳＭｎｏｆｒｔｎｔｕｔｒｆｅｓｍｐｅｗｅｅｃａａｔｒｚｄｂＥａｄｇｏｔｅｒｓｌｓｓｏｔａｅｅｄｓｇｆｅｕｔｈｗｔｗｈｎｔｏａｅｏｈｈ
Байду номын сангаас
ＭＷＮＴｉ１．６（ｔ，ｅｃｉｇ５ｔ４￣ｔｅｍｏｉｃｔｎｉｂｔｒ１７ｗ％）ｒａｔｈａ５ｈｄｆａｉｅｔ．ｓｎ１Ｃ，ｉｏｓｅ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄｍｕｔｗａｌｄｃｒｏａｏｕｅ，ｔｒｐｔａｉｃｄｕｆｃｄｆａｉｎｌｉｌａｂｎｎｎｔｂｓｅｅｈｈｌａｉ，ｓｒａｅｍｏｉｉｔ－ｅｃｃｏ
摘要选用苯二甲酸（Ｐ为改性剂，过酯化反应对多壁碳纳米管（ＴＡ）通ＭＷＮＴ）行了表面修饰，论了进讨
ＭＷＮ的用量、Ｔ反应温度及反应时间对修饰效果的影响，过红外光谱（Ｒ和扫描电镜（Ｅ表征了品的形貌与通Ｉ）ＳＭ）样结构。结果表明，ＭＷＮＴ用量为ｌ．６（１７质量分数）反应温度为１５反应时间为５、４ ℃、ｈ时，Ａ对ＭＷＮＴ的修饰ＴＰ

碳纳米管的修饰与应用研究

碳纳米管的修饰与应用研究碳纳米管是一种特殊的材料，由碳原子构成的一维纳米结构。

由于其独特的物理和化学性质，碳纳米管在许多领域都有着广泛的应用潜力。

然而，作为一种新型材料，碳纳米管的研究和应用仍然处于起步阶段。

本文将从碳纳米管的修饰方法和应用研究两个方面进行探讨。

首先，碳纳米管的修饰是一项关键技术，可以改善其物理和化学性质，从而为其应用提供更多可能性。

目前常用的碳纳米管修饰方法包括化学修饰、物理修饰和生物修饰等。

化学修饰是通过在碳纳米管表面引入官能团，改变其表面化学性质。

例如，可以通过在碳纳米管表面引入羟基、羧基等官能团，增强其与其他物质的相互作用。

物理修饰则是通过改变碳纳米管的形状或结构来调控其性质。

例如，可以利用外界的机械力或温度改变碳纳米管的形状，从而实现其在某些领域的特殊应用。

生物修饰是利用生物大分子与碳纳米管的相互作用来实现修饰。

例如，可以利用DNA分子与碳纳米管的特殊相互作用，实现其在生物医学领域的应用。

接下来，我们将探讨碳纳米管在不同领域的应用研究。

首先是在能源领域。

碳纳米管由于其优异的导电性和热导性，在太阳能电池、燃料电池等能源转换器件中具有重要的应用潜力。

例如，利用碳纳米管可以改善太阳能电池的光吸收效果，提高光电转换效率。

同时，碳纳米管作为电极材料，可以增强燃料电池的电催化活性，提高能源转化效率。

其次是在材料领域。

碳纳米管由于其优异的力学性能和独特的结构，可以用于制备高性能复合材料。

例如，将碳纳米管与聚合物或金属进行复合，可以制备出具有高强度、高导电性和高热导性的材料。

这些材料在航空航天、汽车制造等领域具有广泛的应用前景。

此外，碳纳米管还在生物医学领域展现出巨大的潜力。

碳纳米管具有超高的表面积和良好的生物相容性，因此可以用于药物传递、生物传感器等方面。

例如，可以将药物载体包裹在碳纳米管上，实现精确的药物释放，提高药物治疗效果。

同时，由于碳纳米管具有高度敏感的电化学特性，可以用于制备高灵敏度的生物传感器，实现对生物分子的快速检测和分析。

碳纳米管的修饰方法

碳纳米管的修饰方法
碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种有机碳材料，具有
独特的力学性质，具有良好的抗化学腐蚀能力，良好的电磁屏蔽性能，高强度和高导电性等优点。

经过修饰，可以改变它的化学结构，获得
更高的特性，使其能够更好地应用于各种不同领域。

碳纳米管的修饰主要有两种方法：化学修饰和物理修饰。

化学修饰是通过对碳纳米管表面进行化学反应来实现修饰。

例如，氯化钙可以用来修饰碳纳米管表面，以改善它的热稳定性和力学性能。

因此，通过化学反应可以改变碳纳米管的表面结构，以适应不同的应
用环境。

物理修饰是通过非化学方式对碳纳米管表面进行修饰，以改善其
电学性能和表面结构。

例如，利用激光和电子束的热效应可以对碳纳
米管表面进行处理，以改善其表面性能。

此外，也可以通过外加压力、表面氧化或电子束束来修饰碳纳米管，以改进其电子结构。

碳纳米管的修饰可以改善它的表面性能，使其能够更好地应用于
各种不同领域，如工业粉体材料、电子器件和功能材料等。

碳纳米管
的修饰是一个复杂的过程，需要综合考虑化学、物理和力学等因素，
以确保修饰后碳纳米管表面具有合理的性能。

表面修饰碳纳米管／二氧化钛复合光催化剂制备及催化活性研究

第３卷，９１第期
２０１１年９月
光
谱
学
与
光
谱
分
析
ＳｐｃｒｓｏｙａｄＳｅｔａａｙｉｅｔｏｃｐｎｐｃｒｌＡｎｌｓｓ
Ｖｏ．１Ｎｏ９ｐ２２ — ５２１３，．，ｐ５９２３Ｓｐｅｂｒ０１ｅｔｍｅ，２１
子均匀负载在ＰＶＰ修饰的碳纳米管表面。利用其对碱性染
料亚甲基蓝的降解，评价复合光催化剂的催化活性。
能，而可以提高其表面有机物的浓度；纳米管还是电的从碳
１实验部分
１１试剂和仪器．
良导体，以充当电子传递的导线，收集二氧化钛纳米粒子可
钛酸四丁酯（１ＣｓｅＴ，Ａ）异丙醇Ｈ３ＯｉＲ；
（Ｃ）ＣＨＯＨ，ＡＲ）（Ｈ３２；硝酸（ＨＮ０，ＡＲ）３；亚甲基蓝（１Ｃ６Ｈ１ＩＳ・Ｈ３）聚乙烯吡咯烷酮ｋ０德国进口，北８Ｎ３３ＯＡＲ；Ｃ３（
二氧化钛重量比分别为００，．０．Ｏ二氧化钛纳米粒．５０１，０２。
泛应用于化学、物理、材料等领域＿。二氧化钛与碳纳米７。管（ＮＴ）Ｃｓ耦合显示出的协同效应，是一个可以增强整体效
率的光催化过程。纳米管是一种具有特殊结构的一维量子碳材料，由于拥有特殊的比表面积、孔隙结构和一定的吸附性

碳纳米管材料结构与性能的研究

碳纳米管材料结构与性能的研究中文摘要英文摘要关键词绪论研究背景碳纳米管是20世纪90年代发现的一种碳材料的一维形式，具有优良的物理化学性能。

纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出独特的电学、光学和机械特性，碳纳米管在物理、化学、信息技术、环境科学、材料科学、能源技术、生命及医学科学等领域均具有广阔的应用前景。

正是由于碳纳米管这种潜在的价值和广泛的应用前景，使有关碳纳米管材料的研究成为最受关注的研究领域之一。

纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注，它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带来了新的机遇。

碳纳米管材料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（或称单层碳纳米管，Single-walled Carbon nanotubes, SWCNTs）和多壁碳纳米管（或多层碳纳米管，Multi-walled Carbon nanotubes, MWCNTs）。

碳纳米管依其结构特征可以分为三种类型：扶手椅形纳米管（armchair form），锯齿形纳米管（zigzag form）和手性纳米管（chiral form）。

碳纳米管的手性指数（n，m）与其螺旋度和电学性能等有直接关系，习惯上n>=m。

当n=m时，碳纳米管称为扶手椅形纳米管，手性角（螺旋角）为30o；当n>m=0时，碳纳米管称为锯齿形纳米管，手性角（螺旋角）为0o；当n>m≠0时，将其称为手性碳纳米管。

根据碳纳米管的导电性质可以将其分为金属型碳纳米管和半导体型碳纳米管：当n-m=3k(k为整数)时，碳纳米管为金属型；当n-m=3k ±1，碳纳米管为半导体型。

按照是否含有管壁缺陷可以分为：完善碳纳米管和含缺陷碳纳米管。

按照外形的均匀性和整体形态，可分为：直管型，碳纳米管束，Y型，蛇型等。

单壁碳纳米管的氧化修饰及表面官能团研究

ＮＩＨｏｇＵｎ —ｍｅ，ＺＨＯＵ－ｎｎｉＡｎｉｇ
（ ’ ｎｖｒｔｏｃｎｅｅｈｏｇ，Ｘ ’ ７５．ＣｉａｘｉｎＵｉｓｙｆｉｃ＆Ｔｃｎｌｙｉｎ０４ｈｎ）ａｅｉＳｅｏａ１０
ＡｂｔａｔｈｎｔｎｌｒｕｓｏｈｕｆｃｆＳｓｒｃ：ＴｅｆｃｉａｏｐｎｔｅｓｒａｅｏＷＮＴｎｈｍｉａｅｃｉｉｆＳＮａｅｉｃｅｓｄｂｘｄ－ｕｏｇｓａｄｃｅｃｌａｔｔｏＷＴｓｃｎｂｒａｅｙｏｉａｒｖｙｎｔｎｕｉｇｍｉｅｃｄｏｉａｉｎｏｉｓｎｘｄａｉｘｄｔｒＮＨ３０ｎｅｏｏ — ２ｕｄｒＵＶｒａｉｔｎｈｎｌｓｆＦ１ｉｒｄａｉ．Ｔｅａａｙｉｏ１Ｒ，ＴＥａｄＸＰｈｗｅｈｔｏｓＭｎＳｓｏｄｔａ
ＳＴ表面引入氨基，同时部分羧基转变为酰胺基。ＷＮｓ关键词：碳纳米管；功能化；紫外光辐照
ＲｅｅｒｈｏｈｕｆｃｏｉｃｔｎａｄＦｎｔｏａｏｐｓａｃｎｔｅＳｒａｅＭｄｆａｉｎｕｃｉｎｌＧｒｕｓｉｏｏｉｇｅＷａｌｒｏｎｔｂｓｆＳｎｌｌＣａｂｎＮａｏｕｅ
第８卷第４期
２１年８０１月
纳米加工工艺
Ｎａｏｒｃｓｉｃｎｉｕｅｎ —ｐｏｅｓｎｇＴｅｈｑ

碳纳米管的表面修饰及其应用

碳纳米管的表面修饰及其应用陈传盛1,刘天贵2,陈小华1,叶昌1,夏靑1(1.长沙理工大学材料科学与工程学院,湖南长沙410076;2.湖南大学物理与微电子科学学院,湖南长沙410082)摘　要:介绍了碳纳米管的性质和表面修饰方法,综述了近年来国内外有关碳纳米管表面修饰的研究现状,并分析了碳纳米管表面修饰的应用现状。

碳纳米管具有独特的管状结构和优异的性能,是制备纳米复合材料的理想增强体之一。

因为表面修饰可提高碳纳米管的表面活性、分散能力和与基体材料之间的相容性,从而提高其在复合材料中的增强效果,所以碳纳米管的表面修饰成为碳纳米管研究中的热点之一。

关键词:碳纳米管;纳米复合材料;表面修饰;应用中图分类号:TB332 文献标识码:A 文章编号:100023738(2007)1120001205Surface Modif ication of C arbon N anotubes and Their ApplicationCHEN Chuan2sheng1,L IU Tian2gui2,CHEN Xiao2hua1,YE Chang1,XIA Q ing1(1.Changsha U niversity of Science and Technology,Changsha410076,China;2.Hunan U niversity,Changsha410082,China)Abstract:Carbon nanotubes(CN Ts)are considered as one of the ideal reinforcements for nano2composites due to their peculiar structures and superior properties.Because surface modification of CN Ts can improve their surface activity,dispersion ability,and the compatibility between CN Ts and base matrix,the surface modification of CN Ts are one of hotspot about CN Ts investigation.The properties and modified methods of CN Ts are introduced, the progresses of the modification of CN Ts are reviewed and its application is analyzed.K ey w ords:carbon nanotube;nano2composite;surface modification;application0　引　言碳纳米管(CN Ts)是由单层或多层石墨片卷曲而成的中空无缝管状纳米结构材料。

碳纳米管的表面官能化及其应用

碳纳米管的表面官能化及其应用碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米级管状结构，其直径仅有纳米级别，但长度可大于数百万个纳米。

由于碳纳米管拥有优异的力学、导电、导热、光学等性能，因此在许多领域都有着广泛的应用。

然而，碳纳米管的表面本身相对惰性，不易与其他物质发生化学反应，限制了其进一步的应用。

因此，为了克服这一限制，人们研究出了碳纳米管的表面官能化技术，并将其应用于各种领域。

一、碳纳米管表面官能化的概念碳纳米管表面官能化指的是在碳纳米管表面引入官能团，来增强其化学活性和与其他物质的反应性。

具体而言，官能团可以是氢、氧、氮、硫等原子或分子，在碳纳米管表面形成化学键，从而改变其表面性质。

二、碳纳米管表面官能化的方法1.酸处理法碳纳米管表面包覆着大量的氧化物，通过酸处理可以去除氧化物，暴露出碳纳米管的表面官能化基团，从而增强其表面反应性。

常用的酸处理方法有硝酸、稀盐酸等。

2.等离子体处理法等离子体处理是一种无机化学方法，可以通过在碳纳米管表面引入氨、氢气等官能团，实现碳纳米管化学官能的修饰。

该方法不仅可以获得高度选择性的修饰，而且可以在水相中进行。

3.化学气相沉积法化学气相沉积法可以在碳纳米管外部负载有机或无机化合物，通过热脱附作用，使官能团与碳纳米管表面键合，从而在表面引入官能基团，增强其表面反应性。

三、碳纳米管表面官能化的应用1.催化剂载体碳纳米管表面官能化后可以使其在许多催化反应中作为高效的催化剂载体，如金属催化剂的负载、有机反应中的催化剂等。

同时，官能化后的碳纳米管表面易于与多种功能官能团进行配合，可获得高效催化剂。

2.传感器在碳纳米管表面引入COOH、NH2等官能团体可以使其在电化学、光学等领域中作为高灵敏传感器，实现对各种离子、分子等的检测。

例如，通过在碳纳米管表面引入NH2官能团后，可以制备出高灵敏的无氧氨传感器。

3.药物传递碳纳米管表面官能化后可以使其成为一种非常优异的药物传递载体，在体内输送药物分子。

碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究

碳纳米管的表面功能化修饰机理及方法研究马宇良;方雪;苏桂明;姜海健;陈明月;宋美慧;张晓臣【摘要】As a new kind of one-dimensional nano-materials, carbon nanotubes(CNTs) has excellent proper-ties. But CNTs intrinsically tend to bundle or aggregate. The preparation of effective dispersions of CNTs presents a major impediment to the extension and utilization of CNTs. The techniques of surface modifications play a key role in the practical application of CNTs. In this paper, we introduce several kinds of surface modifications for the ef-fective dispersion of CNTs, mechanical surface modifications, covalent surface modifications and non-covalent surface modifications. Connect with the current progress on the surface modification of CNTs, we try to explore the mechanism and techniques for the CNTs.%碳纳米管作为一种一维纳米材料具有优异的性能，但是由于自身结构导致的不溶性，以及易于团聚和缺乏表面功能基团等实际问题，限制了其应用范围，因此，碳纳米管功能化修饰是碳纳米管应用研究的重点领域，本文介绍了碳纳米管表面功能化的几种主要方法：机械分散功能化、共价功能化、非公价功能化等，结合国内外研究进展，对碳纳米管功能化修饰的机理及方法进行综述。

碳纳米管的力学性质与应用研究

碳纳米管的力学性质与应用研究碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有出色的力学性能和广阔的应用前景。

本文将探讨碳纳米管的力学性质以及其在不同领域的应用研究。

一、碳纳米管的力学性质碳纳米管的力学性质是其广泛应用的基础。

首先，碳纳米管的弯曲强度非常高，可以承受大量的弯曲变形而不会破裂。

其次，碳纳米管具有良好的抗拉应变能力，可以在各种极端环境下承受拉伸力。

此外，碳纳米管还具有优异的刚度和高的弹性模量，使其成为一种理想的纳米材料。

二、碳纳米管在材料科学中的应用1. 增强复合材料碳纳米管可以被用作增强复合材料中的纤维增强剂。

通过将碳纳米管嵌入到基体材料中，可以显著提高材料的力学性能，例如强度和刚度。

这种增强效果使得碳纳米管在航空航天、汽车制造和建筑工程等领域中得到广泛应用。

2. 纳米电子器件由于碳纳米管具有优异的电子传导性能和微小尺寸特征，它们被广泛应用于纳米电子器件的制备中。

碳纳米管晶体管、场效应晶体管和逻辑门等器件已经成功制备，并显示出卓越的性能。

这些纳米电子器件在集成电路、柔性电子学和量子计算等领域具有潜在应用前景。

三、碳纳米管在生物医学中的应用1. 靶向药物传递由于碳纳米管具有较大的比表面积和内部空腔结构，它们可以作为药物的载体，并实现靶向输送。

通过修饰碳纳米管的表面，可以实现对特定细胞或组织的选择性靶向，提高药物的疗效并减少副作用。

2. 生物传感器碳纳米管的优异电化学性质使其成为制备生物传感器的理想材料。

通过将生物分子与碳纳米管结合，可以实现对生物分子的高灵敏检测。

这种生物传感器可以应用于疾病诊断、生物分析和环境监测等方面。

四、碳纳米管在能源领域的应用1. 锂离子电池碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，具有出色的电化学性能和很高的充放电容量。

将碳纳米管作为电极材料可以提高锂离子电池的能量密度和循环稳定性。

2. 柔性太阳能电池由于碳纳米管具有较小的尺寸和良好的柔性，在柔性太阳能电池中具有广阔的应用前景。

碳纳米管的表面修饰及其应用

碳纳米管的表面修饰及其应用碳纳米管(CNTs)的发现是继C60之后碳家族中出现的又一新成员，其独特的结构、奇异的性能和潜在的应用价值，引起了科学家们极大的兴趣，自20世纪90年代初由日本学者Iijima[1]发现以来，十多年来一只是世界科学研究的热点之一。

CNTs是由单层或多层类石墨的六边形网络卷绕而成的、同轴的中空的无缝纳米级管，一般管的两端有端帽封口。

CNTs的管身是准圆管结构，由六边形碳环结构单元组成, 端帽部分为含五边形和六边形的碳环组成的多边形结构。

碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料。

CNTs可分为单壁碳纳米管(SCNTs)和多壁碳纳米管(WCNTs)，其直径一般为2～20nm，构成碳纳米管的层片之间的间距约为0.34nm。

1. 碳纳米管的性能1.1 碳纳米管的电学性能CNTs上的碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。

CNTs是由石墨演化而来的，仍有大量未成对电子沿着管壁游动，既具有金属导电性能，也具有半导体性能，这取决于其管径和管壁的螺旋角。

当管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。

Issi[2,3]等采用光刻技术在CNTs管束上沉积金，用两点法测出其在常温下(300K)的轴向电阻率为10~5Ωcm，并能通过大的电流密度(109~1010A/cm2)，约为铜的1000倍。

此外由于CNTs的独特分子结构，特别是螺旋状CNTs，将其做成吸波材料，具有比一般吸波材料高得多的吸收率，人们可利用其这一特性研究在军事隐形、储能、吸波等方面的应用。

1.2 碳纳米管的力学性能由于CNTs中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使CNTs具有高模量和高强度。

理论估计其杨氏模量高达5TPa，实验测得平均为1．8TPa，比一般的碳纤维高一个数量级，与金刚石的模量几乎相同，为已知的最高材料模量；弯曲强度为14.2GPa，所存应变能达100Kev，是最好微米级晶须的两倍；抗拉强度为钢的100倍，密度(约为1.2~2.1g/cm3)仅为钢的l/6~1/7。

碳纳米管化学修饰

MWNT-PEG的合成
MWNT-PEG/α-环糊精包合物的形成
＋
MWNT-PEG
-CD
-CD/MWNT-PEG ICs
四、展望
１. 碳纳米管高的长径比,良好的韧性,使得其适用于做原子力显微镜(AFM)的探针尖。
运用末端修饰生物素分子的碳纳米管针尖测量时,有粘滞力产生.功能化的碳纳米管针尖直接测得的粘滞力均大约200 pN,此值符合一对配体生物素和受体亲和素之间的作用力.这一结果很难用传统的针尖获得
优点： (1)不损伤碳管的π体系 (2)有望将碳管组装成有序网络目前实现的非共价修饰有聚合物功能化、淀粉功能化、环糊精功能化、生物分子功能化、芳香环化合物功能化，通过非共价键作用对CNTs进行功能化修饰。
共价修饰
共价修饰是在碳米管表面上共价地连接一些适宜的基团，使CNTs表面和聚合物之间产生化学键连接,以改善其溶解度、提高分散度。
功能化
有缺陷的碳纳米管
3. 化学修饰的方法

A：氧化开管后修饰 B：侧壁共价修饰 C：侧壁非共价修饰 D：包埋功能化 E：内腔功能化
Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 1853.
总的来说，CNTs的修饰可分为两大类：非共价键修饰和共价键修饰。
非共价修饰
Photograph of three separate SWNT samples inTHF. (A) Pristine SWNTs; (B)alkynefunctionalized SWNTs 2; (C) polymer-functionalized SWNTs 4.
三、本实验室在碳纳米管的化学修饰方面所做的一些工作

多壁碳纳米管的纯化及表面修饰

ｈｔｔｒｏｉｏｅｙｕｎｔ（Ｂ）ｏｅｙｎｌｏ２（Ｅ）ｏｖｙａｏｏ２０（Ｖ）ｎｈｓａｏｅ．ＳｄｍｄｄｃｌｌａＤＳ，ｐｌｔｌｅｇｃｌ４ＰＧ，ｐｌｉｌｌｈｌ００ＰＡ，ｕｓｆｅｏｙｈｅｙ１ｙｎｃ
Ｐｕｃｔｏｆｕｔ－ｌｄｃｒｏａｏｕｓａｄｉｓｓｒａｅｍｏｉｃｔｏＩａｎｏｌｗａｌａｂｎｎｎｔｂｅｎｕｆｃｄｆａｎｉｍｉｅｔｉｉ
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Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｃｏｃｎａｅｉｃａｉｓｕｅｏｐｒｆｃｒｏａｏｕｅｔ１０ ℃ ｆｒ２４６，ｅｐｃｉｅｙＴｅＳｎｅｔｔｄｎｔｃｄｗａｓｄｔｕｉｒｉｒｙａｂｎｎｎｔｂｓａ１ｏ，，，８ｈｒｓｅｔｌ．ｈＥＭｖｓｏｄｔａｅｄｓｅｓｏａｒａｌｐｏｅｉｈｗｅｅｐｒｆｅｙｃｎｅｔａｅｉｉｃｄａｄｔｅｄｓｒｉｎｏｈｈｗｅｈｔｉｐｒｉｎＷｓｇｅｔｉｒｖｗｈｃｒｕｉｄｂｏｃｎｒｔｄｎｔｃａｉ，ｔｈｙｍｄｉｒｎｉｐｓｏｆｔｅｈｅｃｒｏａｏｕｅｒｅｂｓｌｉｈｗｅｅｐｒｆｄｆｒａｂｎｎｔｂｓｗｅｅｔｗｈｃｎｒｕｉｅｏ４ｈ．ｈｅｓｌｆｉＴｅｒｕｔｓｏＵＶ－ｉａｓｒｔｎｓｅｔｏｃｐｏｅｈａｔｅｓｏｖｓｂｏｐｉｐｃｒｓｏｙｓｗｄｔｔｈｌｐｏｈｅｏｔｅｓａｄｒｆｔｎａｄｗｏｋｎｕｖｆｅｃｒｎｎｏｕｅｕｉｅｆｒ４，ａｅｄｓｒｅｎｗａｅｒｅａｏ，ｓｈｇｅｔａｈｒｉｇｃｒｅｏｔｈａｂｏｎａｔｂｓｐｒｆｄｏｉｈｗｅｔｒｉｐｓｄｉｈｅｔｒｏｔｎｌｗａｉｈｒｈｈｎｏｅ．ｄａｗｅｌｔｅｐｅｏｎｎｄｍｏｓｒｔｄｔａｔｅｄｓｅｓｏｆｈａｂｎｎｎｔｂｓｐｒｆｄｆｒ４ＷａｅｔｒｈｓｔｒＡｎｓｌａｈｓｈｎｍｅｏｅｎｔｅｈｔｈｉｒｉｎｏｔｅｃｒｏａｏｕｅｕｉｅｏｃｄｅｈｏｏｙＭａｅｉｓｃｅｃｎｎｉｅｉ，ａｎｎＡｈｉ３０Ｃｉａｈｉｎｖｓｙｏｃｅｅｎｃｎｌ，ｔａｉｅｄｇｎｒｇＨｕｉａ，ｎｕ２０，ｈｎ）ｅｔｆｎａＴｇｒｌＳｎａＥｅｎ２１

碳纳米管材料的制备与性能研究

碳纳米管材料的制备与性能研究随着科技的不断发展，新材料的研究和开发也成为了一个重要的领域。

碳纳米管材料作为一种新型材料，具有优异的物理、化学和力学性质，被广泛应用于电子、储氢、催化、生物传感、高强度材料等领域。

本文将介绍碳纳米管的制备方法及其相关性能研究。

一、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备方法主要有物理法、化学法和物理化学方法三种。

1、物理法物理法制备碳纳米管主要包括电弧放电法、激光烧蚀法、热裂解法、等离子体化学气相沉积法等。

电弧放电法是一种制备碳纳米管的传统方法，其原理是利用高温高压下石墨电极的放电作用，使石墨电极表面的碳被加热、蒸发、再结晶形成碳纳米管。

激光烧蚀法是利用高能激光在石墨基底上瞬间烧蚀形成碳纳米管。

这种方法可以精确地制备单壁碳纳米管，是制备高质量碳纳米管的可行方法之一。

热裂解法是一种低温制备碳纳米管的方法。

该法通过在石墨表面沉积金属催化剂，然后在高温低压条件下，利用热裂解作用制备碳纳米管。

等离子体化学气相沉积法是一种新型的碳纳米管制备方法。

该法利用等离子体反应，使金属催化剂先成核、再生长，最终形成碳纳米管。

2、化学法化学法制备碳纳米管主要包括水热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、氧化还原法等。

水热法是一种基于水相合成的制备碳纳米管的方法。

在高温高压下，碳源离子与金属催化剂的复合物在水热环境下形成，最终可以形成碳纳米管。

化学气相沉积法是一种常用的制备碳纳米管的方法。

利用合成气、甲烷等碳源和催化剂反应，可以在金属表面上形成碳纳米管。

溶胶凝胶法是一种利用聚集态多相反应制备碳纳米管的方法，可以制备不同形态、大小、结构的碳纳米管。

氧化还原法是一种新型的制备碳纳米管的方法。

该法利用氧化还原反应的原理，在强酸性介质中，将碳源还原成碳纳米管。

3、物理化学方法物理化学方法主要包括化学涂覆法、电化学法、微波辐射法、胶体化学法等。

化学涂覆法是一种在金属催化剂表面涂覆碳源物质的方法。

该法可以制备出高质量、高纯度的碳纳米管。

单壁碳纳米管的化学修饰和功能化研究

单壁碳纳米管的化学修饰和功能化研究单壁碳纳米管被誉为现代材料学研究的热点之一，因为其极强的力学性质和电子特性，被广泛应用于超强材料、纳米电子、生物医学等领域。

然而，为了进一步适应各种应用场景的需求和性能要求，需要对单壁碳纳米管进行化学修饰和功能化。

化学修饰是指在单壁碳纳米管表面引入各种官能团，从而改变其物理化学性质，如亲水性、电学性等。

通常情况下，单壁碳纳米管的表面会化学修饰：一方面是为了增强其稳定性；另一方面是为了赋予其特殊功能。

单壁碳纳米管的表面修饰主要分为化学方法和物理方法两种。

化学方法是指通过共价键结合、配位键结合等手段，在单壁碳纳米管表面引入各种官能团，如羟基、胺基、羰基、硫醇、偶氮等。

物理方法是指通过物理吸附、离子交换等手段，将不具有共价键结构的分子或离子吸附到单壁碳纳米管表面。

其中，羟基化修饰是单壁碳纳米管最常见的化学修饰方法之一。

羟基化修饰不仅可以增加单壁碳纳米管的亲水性，还可以开放其管道结构，使其内部容易被填充其他分子或纳米颗粒。

此外，还有许多其他的化学修饰方法，如氰基化修饰、氧化修饰、硫化修饰等。

这些方法可根据需要进行选择，以达到最佳的效果。

在单壁碳纳米管表面化学修饰的基础上，还可进一步进行功能化，使其具有特定的功能，如气敏、化学传感、生物检测等。

这些功能化方法大致可分为四类：光化学法、生物法、单体-单壁碳纳米管联合反应法和电化学法。

光化学法是指通过光化学反应，在单壁碳纳米管表面引入光敏分子，从而使其具有光响应性质。

这种方法可以根据不同的光源类型和注入分子类型进行调整，实现不同的响应信号。

生物法是指利用生物学分子对单壁碳纳米管表面特定区域的选择性识别，进行修饰和功能化。

这种方法通常以酶或抗体为媒介，具有高度的选择性和灵敏性。

单体-单壁碳纳米管联合反应法是指将具有化学活性的单体与单壁碳纳米管表面进行化学反应，引入新的官能团。

这种方法不仅具有较高的反应效率，还可以实现单壁碳纳米管表面的定向修饰和功能化，从而有望在医药和生物工程等领域发挥更大的作用。

多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性

第37卷第6期2009年6月化　工　新　型　材　料N EW CH EMICAL MA TERIAL S Vol 137No 16・61・基金项目:江西省自然科学基金(24064001)和江西省教育厅科技重点项目(20072126)资助作者简介:周小平(1983-),男,在读硕士研究生,主要研究方向:碳纳米管及其复合材料。

联系人:侯豪情。

多壁碳纳米管的表面修饰及其在溶剂中的分散性周小平　余腊妹　郭乔辉　周政平　侯豪情3(江西师范大学化学化工学院,南昌330022)摘　要　利用高温催化裂解生长多壁碳纳米管,用硝酸氧化使其表面羧酸化,并经酰氯化后与十二烷基胺反应形成表面酰胺化,通过红外、核磁、微量热天平等方法进行表征。

结果表明:硝酸氧化后的碳纳米管在水等强极性溶剂中有良好的分散性;酰胺化后,十二烷基脂肪链使碳纳米管表面极性大为降低,因此在氯仿等弱极性溶剂中有良好的分散性。

关键词　碳纳米管,表面修饰,分散性,十二烷基酰胺Surface modif ication of multiw alled carbon nanotubes andtheir dispersion in solventsZhou Xiaoping Yu Lamei Guo Qiaohui Zhou Zhengping Hou Haoqing(Instit ute of Chemist ry and Chemical Engineering ,Jiangxi Normal University ,Nanchang 330022)Abstract Multiwalled carbon nanotubes ,formed by catalysis pyrolysis ,were dealt with concentrated nitric acid toproduce the surface 2carboxylated carbon nanotubes.The later was treated with thionyl chloride and dodecyl amine to form the surface 2amidated carbon nanotubes.Characterized using IR 、NMR 、T GA.The carbon nanotubes ,treated with nitric acid had a good dispersion in strong 2polar solvent i.e.water due to the strong polarity on their surface ;The surface 2amid 2ated ,had a low polarity ,which made them a good dispersion in low 2polar solvent i.e.chloroform.K ey w ords carbon nanotube ,surface modification ,dispersion ,dodecyl amide 碳纳米管(CN Ts )自发现以来因其优良的力学、电学和热学性能受到广泛关注[1]。

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ａｄｔｅｒｓｌｎｉａｅｈｔｔｅＭＷＮＴ－－ＤＭＡＥＭＡ／ｌＦｏｏｉｓｍｏｉｅｌｃｒｄｈｗｓａｓｏｇｎｈｅｕｔｉｄｃｔｄｔａｈｓｇＰＣ１ｏ１Ｏ２ｅｃｍｐｓｔｄｆｄｅｅｔｏｅｓｏｔｎＨｅｉｒ
摘
要：通过原ｆ转移自由基聚合法（ＴＰ在碳纳米管表面接枝聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯（ＤＡＲ）ＰＭＡＥＭＡ）到，得
表血修饰的碳纳米管（ＭＷＮＴｇＰＭＡＥ－－ＤＭＡ）一步与二茂铁甲酸反应，成功制备了碳纳米管复合材料（，进ＭＷＮＴ－ｇＰ－ＤＭＡＭＡ／１ｏ２ｅ．详细研究了碳纳米管复合材料（ＥＣｌＯＦ）ＨｌＭＷＮ一ＤＭＡＭＡＣｌ０２ｅ修饰电极的电化学ＰＥ／ｌＯＦ）Ｈｌ行为，结果显示碳纳米管复合材料（Ｎ一ＤＭＷ１ＰＭＡＥＡＣｌ０２ｅ修饰电极具有强烈的催化作用．Ｍ／ｌＯＦ）Ｈ１
ｄｉ１．９９．ｓ．６２６４．００．１ｏ：０３６￣ｉｎ１７ — １６２１．１６ｓ１０
碳纳米管的表面修饰及性能研究
郝爱平一玉琴，肖安国，尹笃林，，陈
（．南师范大学化学化工学院，湖南长沙，１０１２】湖４０８；．湖南文理学院化学化工学院，湖南常德，１００４５０）
ｃｒｏａｏｕｅＭＷＮＴ— — ＤＭＡＥａｂｎｎｎｔｂｓ（ｇＰＭＡ）ｗａｒｐｒｄＴｈｎＭＷＮＴｇＰｓｐｅａｅ．ｅ — — ＤＭＡＥＭＡ／ｏＦｏｏｉｓｗｅｅＣＩＯ２ｅｃｍｐｓｅｒｉＨｌｔ
ｅｅｔｅｙｏｔｉｄｂｕｔｅｒａｔｎｏｆｃｉｌｂａｎｙｆｒｒｅｃｉｆＭＷＮＴＰＭＡＥｖｅｈｏ — ＤＭＡｎｅｒｃｎｃｒｏｙｉａｉ（ｌｏ２ｅ．ｈａｄｆｒｅｅａｂｘｌｃＣｌＯＦ）ＴｅｏｃｄＨｌ
关键词：碳纳米管；ＴＰ表面修饰；ＡＲ；修饰电极
中图分类号：Ｂ３３０６６５Ｔ８；．４４
文章编号：６２６４（０１０ — ０５０１７— １６２１）１０５ — ５
Ｓｕｒａｅｍｏｉｃｔｏｆｃｒｏｎｔｆｃｄｆａｉｎｏａｂｎｎａｏｕｂｅｎｅｅｒｈｏｈｅｒｐｏｒｉｓｉｓａｄｒｓａｃｎｔｉｒｐｅｔｅ
ｅｅｃｒｃｍｉａｈｖｉＷＮＴ－ｌｔｏｈｅｃｌｂｅａｏｒｏｆＭｇ－ＰＤＭＡＥＭＡ／１１Ｏ２ｏｍｐｏｓｔｓｍｏｄｉｅｅｔｏｅｗａｔｄｉｄｉｔｉＣ１ＨｏＦｅｃｉｅｉｆｄｅｌｃｒｄｓｓｕｅｎｄｅａｌ
ＡｂｔａｔＰｌ［一ＮＮ— ｉｔｙａｎ）ｔｙｔａｒｌｔ（ＤＭＡＭＡｗｅｅｓｃｅｓｌｒｆｄｏｔｔｅｓｒｃｆｓｃ：ｏｙ２（，ｄｍｅｌｍｉｅｈｌｈｃｙａ］ｒｈｏｍｅｅＰＥ）ｒｃｓｆｌｇａｅｎｏｈｆｅｏｕｕｙｔｕａ
ＨＡＯｉｐｉｇ。ＣＨＥＮＡ－ｎ．－Ｙｕ—ｑｉｎ，ＸＩＯＡＡｎ—ｇ２ＹＩｕｏＮＤｕ－ｌｎｉ
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（．ｌｇｆｈｍｉｒｎｈｍｉａＥｇｎｅｉｇＨｕａ１ＣｏｌｅｏＣｅｓｙａｄＣｅｃｌｎｉｅｒ，ｎｎＮｏｍａＵｎｖｒｉ，ａｇｈ４０８，ｉａｅｔｎｒｌｉｅｓｙＣｈｎｓａ１０１Ｃｈｎ；ｔ
２ＣｌｇＣｅｓｙａｄｈｍｉｌｎｉｅｒｇＨｎｎＵｉｒｔＡｔａｄｃｎｅＣａｇｅ１００Ｃｉ）．ｏｌｅｆｈｍｉｒｅｃｇｅｉ，ｕａｎｅｓｙｏｒｉｃ，ｈｎｄ５０，ｈａｅｏｔｎＣａＥｎｎｖｉｆｓＳｅｎ４ｎ
第２３卷第１期２１年００１３月
湖南文理学院学报（然科学版）自
ＶＯＩ２Ｎ０．１．３Ｍａｒ２０Ｈ．
Hale Waihona Puke Ｊｕｎｌｆｕａｎｖｒｉｒｄｃｎｅａｕａ！垦！ｏｒａｏＨｎｎｉｓｙｆｔａｉｃ（ｔｒｌ！！！ＵｅｔｏＡｓｎｓｅＮ！竺
ｍｕｔｗａｅａｂｎｎｎｔｂｓ（ｌ— ｌｄｃｒｏａｏｕｅＭＷＮＴｂｔｍａｓｒｒｄｃｌｏｙｒａｏ（ＴＰｎｄｆｄｍｕｔｗａｅｉｌ）ｙａｏｔｎｆａｉｌｍｅｉｔｎＡＲ）ａｄｍｏｉｅｌ — ｌｄｒｅａｐｚｉｉｉｌ
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