




版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡(jiǎn)介
1、碳納米管及其應(yīng)用,1,主要內(nèi)容: 碳納米管的發(fā)現(xiàn) 碳納米管結(jié)構(gòu) 碳納米管結(jié)構(gòu)的表征 碳納米管的生產(chǎn)方法 獨(dú)特性質(zhì) 應(yīng)用前景,2,碳納米管的發(fā)現(xiàn),C60及富勒烯化合物 1985年英國(guó)Sussex大學(xué)的Kroto教授 和美國(guó)Slice大學(xué)的Smalley教授發(fā)現(xiàn),碳納米管(CNTs) 1991年,日本科學(xué)家飯島(Iijima)發(fā)現(xiàn),在Nature發(fā)表 文章公布了他的發(fā)現(xiàn)成果,這是碳的又一同素異型體。,3,2.碳納米管結(jié)構(gòu),1)按形態(tài)分,普通封口型,變徑型,洋蔥型,海膽型,竹節(jié)型,念珠型,紡錘型,螺旋型,其他異型,4,2)按手性分,通常依照n ,m 的相對(duì)關(guān)系,將單壁碳納米管分為 achiral 和
2、chiral 兩個(gè)基本類型。 Achiral 型又分為zigzag (鋸齒型)和armchair(扶手椅型) 兩類。當(dāng)n 和m 其中之一為0 時(shí),為zigzag 型;當(dāng)n=m 時(shí)為armchair 型;其它所有情況都稱為chiral 型( 手性管)。,Armchair (n,m)=(5,5),Zigzag (n,m)=(9,0),5,3) 按照石墨烯片的層數(shù),可分為: 單壁碳納米管(Single-walled nanotubes, SWNTs): 由一層石墨烯片組成。單壁管典型的直徑和長(zhǎng)度分別為 0.753nm和150m。又稱富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳納米管(M
3、ulti-walled nanotubes, MWNTs): 含有多層石墨烯片。形狀象個(gè)同軸電纜。其層數(shù)從250不等,層間距為0.340.01nm,與石墨層間距 (0.34nm)相當(dāng)。多壁管的典型直徑和長(zhǎng)度分別為230nm和0.150m。,6,掃描隧道顯微鏡 X射線衍射 孔結(jié)構(gòu)及比表面積 電子衍射 拉曼光譜,3.納米管結(jié)構(gòu)的表征:,7,4.碳納米管的生產(chǎn)方法簡(jiǎn)介,石墨電弧法 浮動(dòng)催化法 (即碳?xì)浠衔锎呋纸夥?,又稱CVD法) 激光蒸汽法 燃燒火焰法,8,基本原理: 電弧室充惰性氣體保護(hù),兩石墨棒電極靠近,拉起電弧,再拉開(kāi),以保持電弧穩(wěn)定。放電過(guò)程中陽(yáng)極溫度相對(duì)陰極較高,所以陽(yáng)極石墨棒不斷被消
4、耗,同時(shí)在石墨陰極上沉積出含有碳納米管的產(chǎn)物。,理想的工藝條件:氦氣為載氣,氣壓 6050Pa,電流60A100A,電壓19V25 V,電極間距1 mm4mm,產(chǎn)率50。Iijima等生產(chǎn)出了半徑約1 nm的單層碳管。,石墨電弧法,9,燃燒火焰法,利用液體(乙醇、甲醇等)、氣體(乙炔、乙烯、甲烷等)和固體(煤炭、木炭)等產(chǎn)生火焰分解其碳-氫化合物獲得游歷碳原子,為合成碳納米管提供碳源;然后將基板材料做適當(dāng)處理,最后將基板的一面向下,面向火焰放入火焰中,燃燒一段時(shí)間后取出。基板上的棕褐(黑)色既是碳納米管或碳納米纖維。,產(chǎn)生碳納米管或碳納米纖維的過(guò)程主要決定于基板的性質(zhì)?;宓倪x擇和處理、燃料的
5、選擇等是本方法的關(guān)鍵技術(shù)。,優(yōu)點(diǎn)有:合成過(guò)程無(wú)需真空、保護(hù)氣氛;無(wú)需催化劑;可以在大的表面上合成,特別適合于在一個(gè)平面上形成一層均勻的碳納米管或碳納米纖維薄膜; 成本較低,對(duì)環(huán)境的污染也非常小。 可以實(shí)現(xiàn)大批量合成。,10,碳納米管的獨(dú)特性質(zhì),1)力學(xué)性能,碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到50200GPa,是鋼的100倍,密度卻只有鋼的1/6,至少比常規(guī)石墨纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)。它是最強(qiáng)的纖維,在強(qiáng)度與重量之比方面,這種纖維是最理想的。,11,2) 電學(xué)性能,由于碳納米管的結(jié)構(gòu)與石墨的片層結(jié)構(gòu)相同,所以具有很好的電學(xué)性能。理論預(yù)測(cè)其導(dǎo)電性能取決于其管徑和管壁的螺旋角。當(dāng)CNTs的管徑大于6mm時(shí),導(dǎo)電性能下
6、降;當(dāng)管徑小于6mm時(shí),CNTs可以被看成具有良好導(dǎo)電性能的一維量子導(dǎo)線。,12,3) 熱學(xué)性能,一維管具有非常大的長(zhǎng)徑比,因而大量熱是沿著長(zhǎng)度方向傳遞的,通過(guò)合適的取向,這種管子可以合成高各向異性材料。雖然在管軸平行方向的熱交換性能很高,但在其垂直方向的熱交換性能較低。納米管的橫向尺寸比多數(shù)在室溫至150oC電介質(zhì)的品格振動(dòng)波長(zhǎng)大一個(gè)量級(jí),這使得彌散的納米管在散布聲子界面的形成中是有效的,同時(shí)降低了導(dǎo)熱性能。適當(dāng)排列碳納米管可得到非常高的各向異性熱傳導(dǎo)材料。,13,4) 儲(chǔ)氫性能,碳納米管的中空結(jié)構(gòu),以及較石墨(0.335nm)略大的層間距(0.343nm),是否具有更加優(yōu)良的儲(chǔ)氫性能,也成
7、為科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)。 1997年,A. C. Dillon對(duì)單壁碳納米管(SWNT)的儲(chǔ)氫性能做了研究,SWNT在0時(shí),儲(chǔ)氫量達(dá)到了5%。 DeLuchi指出:一輛燃料機(jī)車行駛500km,消耗約31kg的氫氣,以現(xiàn)有的油箱來(lái)推算,需要?dú)錃鈨?chǔ)存的重量和體積能量密度達(dá)到65%和62kg/m3。 這兩個(gè)結(jié)果大大增加了人們對(duì)碳納米管儲(chǔ)氫應(yīng)用前景的希望。,14,碳納米管的應(yīng)用前景,1) 超級(jí)電容器,碳納米管比表面積大、結(jié)晶度高、導(dǎo)電性好,微孔大小可通過(guò)合成工藝加以控制,是一種理想的電雙層電容器電極材料。由于碳納米管具有開(kāi)放的多孔結(jié)構(gòu),并能在與電解質(zhì)的交界面形成雙電層,從而聚集大量電荷,功率密度可達(dá)80
8、00W/kg。碳納米管超級(jí)電容器是已知的最大容量的電容器。,15,2) 鋰離子電池 碳納米管的層間距為0.34nm,略大于石墨的層間距0.335nm,這有利于Li+的嵌入與遷出,它特殊的圓筒狀構(gòu)型不僅可使Li+從外壁和內(nèi)壁兩方面嵌入,又可防止因溶劑化Li+嵌入引起的石墨層剝離而造成負(fù)極材料的損壞。碳納米管摻雜石墨時(shí)可提高石墨負(fù)極的導(dǎo)電性,消除極化。 在鋰離子電池中加入碳納米管,也可有效提高電池的儲(chǔ)氫能力,從而大大提高鋰離子電池的性能。根據(jù)實(shí)驗(yàn),多壁碳納米管鋰電池放電能力達(dá)到385 mAh/g,單壁管則高達(dá)640mAh/g,而石墨的理論放電極限為372 mAh/g。,16,3) 碳納米管復(fù)合材料
9、,基于納米碳管的優(yōu)良力學(xué)性能可將其作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑。研究表明,環(huán)氧樹(shù)脂和納米碳管之間可形成數(shù)百M(fèi)Pa的界面強(qiáng)度。 除做結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑外,納米碳管還可做為功能增強(qiáng)劑填充到聚合物中,提高其導(dǎo)電性、散熱能力等如:在共軛發(fā)光聚合物中添加納米碳管后,不但其導(dǎo)電率大大提高,強(qiáng)度也得到了改善。同時(shí),由于納米碳管在納米尺度散熱,避免了局部形成的熱積累,可防止共軛聚合物中鏈的斷裂,從而抑制聚合物的光褪色作用。,17,導(dǎo)電塑料(聚脂): 將碳納米管均勻地?cái)U(kuò)散到塑料中,可獲得強(qiáng)度更高并具有導(dǎo)電性能的塑料,可用于靜電噴涂和靜電消除材料,目前高檔汽車的塑料零件由于采用了這種材料,可用普通塑料取代原用的工程
10、塑料,簡(jiǎn)化制造工藝,降低了成 本,并獲得形狀更復(fù)雜、強(qiáng)度更高、表面更美觀的塑料零部件,是靜電噴涂塑料 (聚脂 )的發(fā)展方向。 由于碳納米管復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性能,不會(huì)象絕緣塑料產(chǎn)生靜電堆積,因此是用于靜電消除、晶片加工、磁盤(pán)制造及潔凈空間等領(lǐng)域的理想材料。碳納米管還有靜電屏蔽功能,由于電子設(shè)備外殼可消除外部靜電對(duì)設(shè)備的干擾,保證電子設(shè)備正常工作。,18,4) 電磁干擾屏蔽材料及隱形材料 碳納米管是一種有前途的理想微波吸收劑,可用于隱形材料、電磁屏蔽材料或暗室吸波材料。 碳納米管對(duì)紅外和電磁波有隱身作用的主要原因有兩點(diǎn): 一方面由于納米微粒尺寸遠(yuǎn)小于紅外及雷達(dá)波波長(zhǎng),因此納米微粒材料對(duì)這種波的透過(guò)率比常規(guī)材料要強(qiáng)得多,這就大大減少波的反射率,使得紅外探測(cè)器和雷達(dá)接收到的反射信號(hào)變得很微弱,從而達(dá)到隱身的作用; 另一方面,納米微粒材料的比表面積比常規(guī)粗粉大34個(gè)數(shù)量級(jí),對(duì)紅外光和電磁波的吸收率也比常規(guī)材料大得多,這就使得紅外探測(cè)器及雷達(dá)得到的反射信號(hào)強(qiáng)度大大降低,因此很難發(fā)現(xiàn)被探測(cè)目標(biāo),起到了隱身作用。由于發(fā)射到該材料表面的電磁波被吸收,不產(chǎn)生反射,因此而達(dá)到隱形效果。,19,5) 催化劑載體 納米材料比表面積大,表面原子比率大(約占總原子數(shù)的 50%),使體系的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)明顯改變,表現(xiàn)出特殊的電子效應(yīng)和表面效應(yīng)。如氣體通過(guò)碳
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 股權(quán)轉(zhuǎn)讓涉及公司治理結(jié)構(gòu)優(yōu)化與提升合同
- 2025-2030中國(guó)免疫增強(qiáng)補(bǔ)充劑行業(yè)營(yíng)銷策略與競(jìng)爭(zhēng)前景預(yù)測(cè)報(bào)告
- 專題1 實(shí)數(shù)-中考一輪復(fù)習(xí)收官測(cè)試卷(含答案)
- 果園打圍施工方案
- 企業(yè)貸款籌劃方案簡(jiǎn)單
- 夜市裝修進(jìn)度安排方案
- 小區(qū)點(diǎn)火方案么
- 農(nóng)具借用方案
- 軍訓(xùn)連隊(duì)編制方案(3篇)
- 規(guī)范物業(yè)小區(qū)管理方案
- 住院患者心理需要及護(hù)理
- 空調(diào)設(shè)備吊裝與安裝方案
- 2024年寧夏中考生物真題卷及答案解析
- 公共體育場(chǎng)建設(shè)項(xiàng)目可行性研究報(bào)告
- 光纖通信系統(tǒng)(第3版) 課件 第1-3章 概述、光纖與光纜、光源和光發(fā)送機(jī)
- 貸款車電子合同模板
- 高空作業(yè)車外墻施工方案
- 四年級(jí)上冊(cè)語(yǔ)文全冊(cè)重點(diǎn)知識(shí)
- GB/T 150.3-2024壓力容器第3部分:設(shè)計(jì)
- 火龍罐綜合灸技術(shù)
- 拼多多店鋪代運(yùn)營(yíng)合同模板
評(píng)論
0/150
提交評(píng)論