碳纳米材料的制备及应用

碳纳米材料具有独特的低维纳米结构、优异的性能和潜在的应用价值.重点综述上海大学低维炭材料与器件物理研究所在碳纳米材料研究方面的最新进展,并对碳纳米材料的发展趋势及对未来生产生活的影响进行评述.研究所在高纯度高结晶性单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotubes,SWCNTs)、双壁碳纳米管(double-walled CNTs,DWCNTs)的大量生产与应用,具有量子效应的多壁碳纳米管(multi-walled CNTs,MWCNTs)的合成,碳纳米线的可控生长,单根MWCNT、单根碳纳米线的拉曼(Raman)光谱研究以及石墨烯的大量制备等方面均取得了可喜的成果.

四氧化三锰/石墨烯超级电容器的制备及分析

为了最大程度上保留石墨烯的晶格结构以提高其电导并简化过渡金属氧化物与石墨烯复合物的制备过程,通过氢电弧放电和简易的高温处理成功制备得到四氧化三锰/石墨烯纳米复合材料,并将其用作超级电容器的电极.通过XRD、Raman光谱和TEM对产物的形貌、结构及成分进行了表征.电化学测试结果表明,由该材料制得的超级电容器具有良好的电容性质、出色的电化学稳定性(循环3 000圈后大约保持96%)以及较低的等效串联电阻.同时,四氧化三锰的掺入可使其比电容提高到纯石墨烯电极的3倍.因此,此方法为制备以新型石墨烯复合过渡金属氧化物作为高性能超级电容器电极的研究提供了新思路.

电弧放电法制备石墨烯及其在导电油墨中的应用

导电油墨是印刷电子技术中使用的关键电子材料,而导电填料作为导电油墨的主要成分要求其化学性能稳定且电导率高。其中,基于石墨烯的导电油墨因为其优异的电学性质受到广泛关注。本研究采用直流电弧放电法制备的石墨烯作为导电填料,并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱等手段对制备的石墨烯进行了表征。结果表明:直流电弧放电法制备的石墨烯为2~10层、尺寸在100~200 nm范围且纯度高、结晶性好。在此基础上,研究了涂层厚度、热处理温度以及弯曲角度等对石墨烯导电油墨导电性能的影响。研究发现,石墨烯导电油墨电阻率与涂层厚度、热处理温度成反比,且随着厚度、温度的增加石墨烯导电油墨的电阻率逐渐降低。并且样品在柔性基底上经过不同角度的弯曲折叠后电阻率没有明显变化。当厚度为170μm的样品经过360℃(30 min)热处理后,石墨烯导电油墨的电阻率仅为0.003?·cm。上述结果表明,电弧法制备的石墨烯导电油墨有望成为未来印制电子领域的关键材料。

共沸物混合气体中收集碳链C_8H_2

为了大批量制备高纯碳链样品并研究利用液相电弧放电法制备碳链的机理,提出了一种新的碳链收集方法.采用乙醇溶液收集电弧放电过程中产生的逸出气体并分析逸出气体的组成成分.利用高效液相色谱仪对逸出气体和乙醇溶液进行分离,并对逸出气体的吸收光谱进行了分析.结果表明,逸出气体中含有大量以C8H2为主的短碳链,且其组成成分和在甲醇溶液的碳链蒸馏过程中得到的共沸物成分一致,表明电弧放电过程中产生的逸出气体是一种含有碳链的共沸物,通过收集放电时产生的逸出气体可以大批量制备短碳链C_8H_2.