碳纳米管及其改性复合材料的研究进展与展望

本文重点介绍了近几年碳纳米管及其复合材料的研究进展,对碳纳米管的特性,以及功能填料与高分子材料制备成高性能复合材料的合成工艺、材料性能和具体应用进行了分类介绍,最后对碳纳米管及其改性复合材料今后的发展方向进行了展望。

磁性FeNi@C/Cu纳米颗粒制备及除油应用

为了处理港口码头薄油膜污染,在氩/氢气氛下利用电弧法制备Fe0.64Ni0.36为主相的合金纳米产物,采用水热法和高温碳化法制备碳包覆的核壳磁性FeNi@C/Cu复合纳米颗粒.对合金粒子以及碳包覆后的复合纳米颗粒进行表征及性能检测.结果表明:FeNi合金纳米粒子呈球状,500℃下制得的粒子饱和磁化强度最高,可以达到101.09 A·m2/kg,比常温下制备的粒子提升16.0%.利用FeNi@C/Cu复合纳米颗粒对煤油、柴油与机油的除油能力分别为3.18、3.43和3.46 g/g,表明FeNi@C/Cu复合纳米颗粒具有良好除油性能.

碳弧法中碳包Fe纳米晶及其相关碳微团的形成

用直流碳弧法在阳极石墨棒中加入α－Fe2O3产生碳包Fe纳米晶，研究在复合石墨棒中加入不同的Fe2O3含量对碳包Fe纳米晶的形貌、结构特性及晶粒尺寸分布的影响，探讨碳包Fe纳米晶的形成原因及碳弧法中氦气压力和Fe2O3含量对复合石墨棒所产生的碳灰的C60／70产率的影响．结果表明：Fe2O3复合石墨棒所产生的碳灰含有α－Fe相、Fe3C相和石墨相，没有氧化物相．复合阳极棒中的Fe2O3含量决定了碳包Fe纳米晶的数量和晶粒直径分布，碳弧法中的He气压力仍是影响掺Fe2O3阳极棒所产生的碳灰的C60／70产率的主要因素，但对碳包Fe纳米晶的产率影响不大.掺Fe2O3阳极棒所产碳灰的C60／70产率与氦气压力的关系和纯石墨阳极棒的这一关系比较，存在着显著的差别．

石墨镶嵌Co纳米晶的形成及其特性

用直流碳弧法在阳极石墨棒中加入金属Co产生石墨镶嵌Co纳米晶，研究在复合石墨棒中加入不同的Co含量对石墨镶嵌Co纳米晶的形貌、结构特性及晶粒尺寸分布的影响，探讨石墨镶嵌Co纳米晶的形成原因及碳弧法中氦气压力和Co含量对掺Co阳极石墨棒所产生的碳灰的C60／70产率的影响。结果表明，复合阳极棒中的Co含量决定了石墨镶嵌Co纳米晶的数量和晶粒直径分布，碳弧法中的He气压力仍是影响掺Co阳极棒所产生的碳灰的C60/70产率的主要因素，但对石墨镶嵌Co纳米晶的产率影响不大。掺Co阳极捧所产碳灰的C60／70产率与氦气压力的关系和纯石墨棒的这一关系比较，存在着显著的差别。

碳包Ni纳米晶的形成及其特性

用直流碳弧法制备出碳包Ni金属纳米晶.在石墨阳极复合棒中掺入不同组份的Ni，研究其对碳包Ni纳米晶，富勒烯等碳微团特性的影响结果表明：碳包Ni纳米晶含Ni和石墨，不含碳化物和氧化物；纳米品数量随Ni增加而增加．而纳米晶的粒径出现极值；Ni催化碳微团石墨化并使C60／70产率下降；

碳纳米管的制备及形貌研究

借助于等离子体电弧方法,利用石墨材料做阴极和阳极,Fe/Co/Ni作催化剂,S为助长剂,H2/Ar和H2/He作为缓冲气体,制备了碳纳米管.经过透射电镜和扫描电镜检测得知,得到的碳纳米管其长度较长,且平行度良好,这为制备优质的碳纳米管奠定了良好的实验基础.

纳米碳管制备的研究

采用直流电弧法和催化热分解法制备出了纳米碳管，并对这两种方法的工艺进行了初步的探讨，获得了工艺流程和工艺参数。通过实验表明催化热分解法比直流电弧法长出的纳米碳管质量好，产率高，较适于工业化生产。

电弧放电法制备纳米碳管

纳米碳管的制备方法主要有三种 :电弧放电法、激光烧蚀法和有机物催化热解法。首先综述了近年来应用电弧放电方法制备纳米碳管的研究进展 ,然后概述了中国科学院金属研究所在普通电弧法的基础上发展起来的大量制备单壁纳米碳管的氢等离子电弧方法。

石墨－电弧法合成巴基管生长机制的探讨

从分析石墨电弧法制取巴基管的电孤物理现象入手，详细讨论了电弧力及高速离子流在合成巴基管时的作用。指出在制取巴基管的理想条件的电弧过程中，电极的消耗以Ｃｎ为主，以Ｃ２的消耗为辅，并由此提出了巴基管由Ｃｎ的侧向连接，卷曲生长的长大机制，可简单表示为Ｃ６０＋Ｃｎ→ｂｕｃｋｙｔｕｂｅ，其中ｎ＝６ｃ（ｃ≥１）。运用该机制分析了不同工艺参数对巴基管的产量产率的影响。

U形靶框-双层结构碳剥离膜制备

本研究涉及用于兰州重离子加速器冷却储存环上的碳剥离膜的制备方法。该剥离膜采用特殊的U形靶框和双层结构,使膜的强度大为加强,以提高高真空条件下剥离膜使用寿命。采用碳弧法制备的剥离膜的有效面积较大,为10 cm2,质量厚度约为150μg/cm2。碳剥离膜的X衍射谱测试结果表明,膜上的碳以非晶体石墨形式存在。

电弧放电法制备大面积高纯单壁碳纳米管薄膜

介绍了一种制备大面积高纯度单壁碳纳米管(SWCNT)薄膜的新方法. 利用改进的电弧放电法, 在真空放电室内分别安装两枚石墨极板, 使之形成一个球冠型电容器. 使用这种新型装置, 可以在两枚球冠型石墨极板之间产生一个合适的附加电场和成膜基板, 通过控制放电时间, 可在阴极的球冠型石墨极板上制备出厚度从数微米至 1 毫米不等的 SWCNT 薄膜.场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼光谱和热重分析(TGA)的表征结果表明, 这个方法可以高效地制备具有高纯度的 SWCNT 薄膜.

以炭黑为碳源电弧放电法制备碳纳米管

以色素炭黑为碳源,Fe及其氧化物分别为催化剂,经由电弧放电法制备碳纳米管。考察了催化剂种类及含量对碳纳米管生成的影响,实验结果采用SEM、TEM、TG等对产物进行表征。结果表明,以炭黑为碳源电弧放电法制备碳纳米管是可行的,且与以往的以石墨为碳源相比,该反应在常压下就可以得到较好的效果;经过表征,发现产物中碳纳米管的产量较高,但是在碳纳米管的管壁上发现较多的小颗粒。同时对炭黑为碳源生长碳纳米管的机理进行了初步探讨。

一种新型太阳能集热器循环工质的制备

采用直流碳弧法制备了平均粒径为25 nm的碳包铜纳米颗粒,该颗粒适合用作直接吸收式太阳能集热器的循环工质——碳包铜纳米流体。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等分析手段,对所制备的纳米颗粒的成分、形貌等进行了表征。采用球磨分散法对碳包铜纳米颗粒进行了分散,制得了碳包铜纳米流体。通过分光光度法和沉降法研究了分散剂含量、球磨时间以及球磨转速等因素对碳包铜纳米流体分散性能的影响,对其分散机理进行了初步探讨。研究结果表明:当阿拉伯树胶的质量分数为0.1%、球磨时间为2 h、球磨转速为250 r/min时,碳包铜纳米流体的分散效果最佳。

负载型纳米非贵金属催化剂上CO的氧化行为Ⅱ.纳米铜的制备、结构及催化性能

用惰性气体蒸发法和电弧等离子体法制备了纳米铜粒子，用物理干法将其担载到载体上，并用于催化ＣＯ氧化反应．用ＴＥＭ，ＸＲＤ，ＳＥＭ对纳米粒子和催化剂进行了表征．结果表明，载体、氧化气氛及制备工艺均影响催化剂的活性，稀土元素铈的存在能提高铜的催化活性，纳米铜在催化过程中将转变为氧化物．

合成陨硫铁表面的炭丝和炭球

采用电弧放电蒸发和沉淀技术，使用石墨和黄铁矿为原料，在合成的陨硫铁球粒表面发现有空心球体和丝状物质。经ＳＥＭ、ＴＥＭ和ＥＤＸ的研究，证实它们是纳米级的炭球和炭丝。讨论了用电弧放电法合成陨硫铁过程中，天然矿物黄铁矿对炭丝。

石墨直流电弧法制备碳纳米管

采用石墨电弧法制备碳纳米管，研究了不同电流、电压、氦气压力以及不同阴阳极棒径条件下碳纳米管的生成情况，并讨论了氧气和水蒸气的存在对碳纳米管制备的影响，总结出制备碳纳米管的条件，给以后的纯化工作带来方便图２，表２。

拉挤型CFRP管轴压性能

航天器骨架结构通常由轻质高强CFRP(carbon fiber reinforced polymer)复合材料管制成,其稳定承载力成为结构安全性能的一项重要指标。对CFRP短管进行轴压试验,重点研究碳纤维增强复合材料的刚度、极限强度以及细观破坏模式。基于Hashin破坏准则进行二次开发,采用ANSYS有限元软件对试验过程进行了数值模拟,数值结果表明,Hashin破坏准则可以较好地预测CFRP复合材料破坏时的极限承载力。基于Hashin破坏准则,采用弧长法对试验工况中的5组长细比的CFRP细长管进行数值模拟,绘制荷载-跨中挠度曲线,总结其破坏特点、变形特征,与试验对比吻合较好。通过参数分析,并根据试验结果与数值分析结果,拟合得到了拉挤型CFRP细长管稳定系数Φ与长细比λ之间的关系曲线,方便工程使用。

用Ar气制备在基管的研究

比较了在碳弧法中制各布基管时．用氦（He）气氛和用氩（Ar）气氛的制各工艺条件、阴极沉积物的生长速率、布基管产率与惰性气体压强的关系。研究表明，用Ar气氛制各布基管优于传统的用He气氛制备布基管。

碳纳米管的性质和制备方法

较全面地介绍了碳纳米管的性质,综述了近年来碳纳米管的制备方法,尤其是对电弧法和化学气相沉积法的进展进行了介绍。

氩、氖、氦气氛下的Kratschmer石墨电弧法生成物

用产生富氏烯材料的碳弧法，在基本相同的工艺条件下，通入不同的惰性气氛（氦、氖、氩），比较其生成物，发现氦气的作用特殊，其生成物含有富氏烯；而氖、氩气下的生成物含有石墨结构成份的巴基管和其它无定形碳结构。