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1、碳纳米管的制备和应用第1页，共14页，编辑于2022年，星期一报告内容引言碳纳米管的结构及种类单壁碳纳米管的制备方法单壁碳纳米管的应用展望第2页，共14页，编辑于2022年，星期一引 言碳元素家族成员碳纳米管的发现1 碳元素无定形碳晶形碳石墨富勒碳金刚石巴基球（以C60为代表）碳纳米管巴基葱（即球状多壁同心大分子）第3页，共14页，编辑于2022年，星期一碳纳米管的结构及种类碳纳米管结构示意图碳纳米管结构示意图(A)椅形单壁碳纳米管椅形单壁碳纳米管,(B)Z字形单壁碳纳米管字形单壁碳纳米管,(C)手性单壁碳纳米管，手性单壁碳纳米管，(D)螺旋状碳纳米管，螺旋状碳纳米管，(E)多壁碳纳米管截面图
2、多壁碳纳米管截面图第4页，共14页，编辑于2022年，星期一单壁碳纳米管的制备方法单壁碳纳米管制备要达到的主要目标单壁碳纳米管制备的几个关键因素制备方法连续批量生产结构分布均匀且可控成本低、纯度高碳源催化剂及载体制备条件石墨电弧法激光蒸发石墨法化学气相沉积法第5页，共14页，编辑于2022年，星期一石墨电弧法氦气保护石墨电弧法2阳极-面积较小的石墨棒（石墨粉和催化剂组成）阴极-面积较大的石墨棒氢气保护石墨电弧法3氢电弧法优点氢电弧法优点:氢气为缓冲气 含硫化合物为生长促进剂 大阳极，阴极在其上方并与其成一定角度 电极角度可控可半连续制备 第6页，共14页，编辑于2022年，星期一化学气相沉积法
3、（CVD）4-8特点：特点：设备简单、条件易控、能大规模制备、可直接生长在合适的基底上常用气体：常用气体：甲烷、一氧化碳、苯等催化剂：催化剂：Fe、Co、Ni、Mo等以及它们的氧化物第7页，共14页，编辑于2022年，星期一激光蒸发法9,10影响因素：影响因素：催化剂保护气体（氦气、氩气）压强（3.0 x104一4.5 x 104 Pa）激光脉冲时间间隔（间隔越短，产率越高）激光脉冲功率（功率，直径）第8页，共14页，编辑于2022年，星期一单壁碳纳米管的应用储氢材料高强度复合材料领域电子应用领域大容量超级电容器场发射装置场效应晶体管碳纳米管传感器和探头催化剂载体 第9页，共14页，编辑于20
4、22年，星期一储 氢 材 料人类社会发展所使用的主要能源 煤炭石油天然气？氢能特点目前主要的氢气存储方法 金属氢化物、液化、高压储氢及有机氢化物储氢碳纳米管储氢特点影响因素 管径、管间距、管束直径第10页，共14页，编辑于2022年，星期一碳纳米管复合材料碳纳米管优良的电学和力学性能 具有极高的强度、韧性和弹性模量 弹性模量：1TPa，是钢的5倍 弹性应变5%-12%，是钢的60倍应用：导电聚合物 3%-5%加载量即可获得消除静电堆积的效果应用领域：汽车燃料输送系统、燃料过滤器、半导体芯片计算机读写头等要求防静电器件的内包装、汽车导电塑料零部件的制造等领域l在环氧树脂中只要0.1-0.2%的单
5、壁碳纳米管就能达到10倍于直径200nm 气相法生长碳纤维加入量的效果l1%的单壁碳纳米管添加量，可导致热传导性增加一倍。l1%的多壁碳纳米管添加量，使聚苯乙烯的弹性模量和断裂应力分别提高42%和25%第11页，共14页，编辑于2022年，星期一大容量超级电容器比表面积大（250-3000m2/g)碳纳米管电容量可到每克15-200F，目前数千法拉的电容器已被生产单壁碳纳米管电容量一般为180F/g，多壁碳纳米管电容量一般为102F/g单壁碳纳米管电容器功率密度可达20KW/kg，能量密度可达7Wh/kg超级电容器双电层电容法拉弟准电容第12页，共14页，编辑于2022年，星期一参考文献1Ii
6、 Jima.Helical microtubules of graphitic carbonJ.Nature,1991,(354):56-582Journet C.Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by the electric-arc technique.Nature,1997(388):756-7583Liu C,Cheng H M,Semi-continuous synthesis of single-walled carbon nanotubes by a hydrogen arc discharge me
7、thod.Carbon,1999,37(11):1865-18684Zhou C,Kong J,Modulated chemical doping of individual carbon nanotubes.Science,2000,290:1552-15555Choi W B,Chung D S,Fully sealed high-brightness carbon nanotube field-emission display.Appl Phys Lett,1999,99:3 1296Bachtold A,Hadley P,Logic circuits with carbon nanot
8、ube transistors.Science,2001,294:13177Kis A,Csanyi G J P,Reinforcement of single-walled carbon nanotube bundles by intertube bridging.Nature Materials,2004,3:153-1578Nuria F A.Synthesis and characterization of carbon nanotube-conducting polymer thin films.Diamond and Related Materials,2004,13:256-2609Thess A,Lee R.Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes,Science,1996,273:483-48710Rinzler AG,Liu J,Large scale purification of single wall carbon nanotubes,Appl Phys A,1998;67:29-37第13页，共14页，编辑于2022年，星期一谢谢大家谢谢大家第14页，共14页，编辑于2022年，星期一