碳納米管的制備和應(yīng)用

碳納米管的制備和應(yīng)用第1頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月報(bào)告內(nèi)容引言碳納米管的結(jié)構(gòu)及種類(lèi)單壁碳納米管的制備方法單壁碳納米管的應(yīng)用展望第2頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引言碳元素家族成員碳納米管的發(fā)現(xiàn)[1]

碳元素?zé)o定形碳晶形碳石墨富勒碳金剛石巴基球（以C60為代表）碳納米管巴基蔥（即球狀多壁同心大分子）第3頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳納米管的結(jié)構(gòu)及種類(lèi)碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖(A)椅形單壁碳納米管,

(B)Z字形單壁碳納米管,(C)手性單壁碳納米管，

(D)螺旋狀碳納米管，

(E)多壁碳納米管截面圖第4頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單壁碳納米管的制備方法單壁碳納米管制備要達(dá)到的主要目標(biāo)單壁碳納米管制備的幾個(gè)關(guān)鍵因素制備方法連續(xù)批量生產(chǎn)結(jié)構(gòu)分布均勻且可控成本低、純度高碳源催化劑及載體制備條件石墨電弧法激光蒸發(fā)石墨法化學(xué)氣相沉積法第5頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月石墨電弧法氦氣保護(hù)石墨電弧法[2]陽(yáng)極-面積較小的石墨棒（石墨粉和催化劑組成）陰極-面積較大的石墨棒氫氣保護(hù)石墨電弧法[3]氫電弧法優(yōu)點(diǎn):氫氣為緩沖氣含硫化合物為生長(zhǎng)促進(jìn)劑大陽(yáng)極，陰極在其上方并與其成一定角度電極角度可控可半連續(xù)制備

第6頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)氣相沉積法（CVD）[4-8]特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單、條件易控、能大規(guī)模制備、可直接生長(zhǎng)在合適的基底上常用氣體：甲烷、一氧化碳、苯等催化劑：Fe、Co、Ni、Mo等以及它們的氧化物第7頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月激光蒸發(fā)法[9,10]影響因素：催化劑保護(hù)氣體（氦氣、氬氣）壓強(qiáng)（3.0x104一4.5x104Pa）激光脈沖時(shí)間間隔（間隔越短，產(chǎn)率越高）激光脈沖功率（功率↑，直徑↓）第8頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月單壁碳納米管的應(yīng)用儲(chǔ)氫材料高強(qiáng)度復(fù)合材料領(lǐng)域電子應(yīng)用領(lǐng)域——大容量超級(jí)電容器場(chǎng)發(fā)射裝置場(chǎng)效應(yīng)晶體管碳納米管傳感器和探頭催化劑載體

第9頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月儲(chǔ)氫材料人類(lèi)社會(huì)發(fā)展所使用的主要能源

煤炭→石油→天然氣→？氫能特點(diǎn)目前主要的氫氣存儲(chǔ)方法

金屬氫化物、液化、高壓儲(chǔ)氫及有機(jī)氫化物儲(chǔ)氫碳納米管儲(chǔ)氫特點(diǎn)影響因素管徑、管間距、管束直徑第10頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月碳納米管復(fù)合材料

碳納米管優(yōu)良的電學(xué)和力學(xué)性能

具有極高的強(qiáng)度、韌性和彈性模量彈性模量：1TPa，是鋼的5倍

彈性應(yīng)變5%-12%，是鋼的60倍應(yīng)用：導(dǎo)電聚合物

3%-5%加載量即可獲得消除靜電堆積的效果應(yīng)用領(lǐng)域：汽車(chē)燃料輸送系統(tǒng)、燃料過(guò)濾器、半導(dǎo)體芯片計(jì)算機(jī)讀寫(xiě)頭等要求防靜電器件的內(nèi)包裝、汽車(chē)導(dǎo)電塑料零部件的制造等領(lǐng)域在環(huán)氧樹(shù)脂中只要0.1-0.2%的單壁碳納米管就能達(dá)到10倍于直徑200nm氣相法生長(zhǎng)碳纖維加入量的效果1%的單壁碳納米管添加量，可導(dǎo)致熱傳導(dǎo)性增加一倍。1%的多壁碳納米管添加量，使聚苯乙烯的彈性模量和斷裂應(yīng)力分別提高42%和25%第11頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大容量超級(jí)電容器比表面積大（250-3000m2/g)碳納米管電容量可到每克15-200F，目前數(shù)千法拉的電容器已被生產(chǎn)單壁碳納米管電容量一般為180F/g，多壁碳納米管電容量一般為102F/g單壁碳納米管電容器功率密度可達(dá)20KW/kg，能量密度可達(dá)7Wh/kg超級(jí)電容器雙電層電容法拉弟準(zhǔn)電容第12頁(yè)，課件共14頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻(xiàn)[1]IiJima.Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon[J].Nature,1991,(354):56-58[2]JournetC.Large-scaleproductionofsingle-walledcarbonnanotubesbytheelectric-arctechnique.Nature,1997(388):756-758[3]LiuC,ChengHM,Semi-continuoussynthesisofsingle-walledcarbonnanotubesbyahydrogenarcdischargemethod.Carbon,1999,37(11):1865-1868[4]ZhouC,KongJ,Modulatedchemicaldopingofindividualcarbonnanotubes.Science,2000,290:1552-1555[5]ChoiWB,ChungDS,Fullysealedhigh-brightnesscarbonnanotubefield-emissiondisplay.ApplPhysLett,1999,99:3129[6]BachtoldA,HadleyP,Logiccircuitswithcarbonnanotubetransistors.Science,2001,294:1317[7]KisA,CsanyiGJP,Reinforcementofsingle-walledcarbonnanotubebundlesbyintertubebridging.NatureMaterials,2004,3:153-157[8]NuriaFA.Synthesisandcharacterizationofcarbonnanotube-conductingpolymerthinfilms.DiamondandRelatedMaterials,2004,13:256-260[9]ThessA,LeeR.Crystallineropesofmetalliccarbonnanotubes,Science,1996,273:483-487[10]Rinzler