超长碳纳米管的结构调控与制备：进展与挑战

碳纳米管由于其优异的性能和广泛的应用,在过去近三十年中引起了研究者广泛的研究兴趣。在众多不同类型的碳纳米管中,超长碳纳米管由于具有厘米级甚至分米级以上的宏观长度和相对完美的结构,展示出了优异的力学、电学、热学等多方面的优异性能,在透明显示、微电子产业、超强纤维、航空航天等领域具有广阔的应用前景。超长碳纳米管的结构控制制备是充分开发其优异性能并实现其实际应用的关键。在过去二十多年间,超长碳纳米管的研究取得了重要的进展。但同时,在结构控制与批量制备方面也面临巨大的挑战,还存在许多尚未解决的科学与技术难题,从而限制了其实际应用。本文对超长碳纳米管的生长机理、结构控制、选择性制备以及优异性能方面的进展及其背后的创新思想进行了系统的回顾;与此同时,讨论了超长碳纳米管近年来的研究进展、目前面临的挑战和未来的重点攻关方向。期望本文能为超长碳纳米管的可控合成、批量制备以及未来应用提供更多的启发和借鉴,为早日实现高质量超长碳纳米管的宏量制备和产业化起到一些推动作用。     

烯丙基化碳纳米管改善丙烯酸酯压敏胶的性能

本文利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)对多壁碳纳米管(MWNTs)进行修饰使其表面接枝上烯丙基官能团,与丙烯酸酯类单体进行原位聚合,制备了一种耐高温丙烯酸酯压敏胶(PSA)。 通过傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)和扫描电子显微镜(SEM)表征了MWNTs和丙烯酸酯PSA的结构与性能,探讨了改性MWNTs的质量分数对PSA耐热性能和粘接性能的影响。 结果表明,与未改性的丙烯酸酯PSA相比,当改性MWNTs的质量分数为1.5%时,改性丙烯酸酯PSA的耐热性能和粘接性能最佳,热分解温度从360 ℃提高到了382 ℃,耐热温度从80 ℃提高到了155 ℃,初粘力、持粘力和180°剥离强度分别从2 h和13.66 N/(25 mm)(12号小球)提高到了27 h和17.34 N/(25 mm)(17号小球)。     

无电沉积法AuNPs-MWCNTs的制备及其对黄酮类化合物的电化学催化性能研究

利用多壁碳纳米管具有较低的还原电位,以多壁碳纳米管作为还原剂和负载基底,通过无电沉积法制备了负载纳米金粒子的碳纳米管催化剂。此种材料具有更多的活性位点,避免了纳米金粒子表面保护剂的存在造成其催化活性降低的缺陷,发现其对典型黄酮类化合物-芦丁和黄芩苷具有良好的电化学催化性能和较高的灵敏度,并将其应用于电化学分析检测黄酮类化合物。     

ZnO纳米线基MWNTs/PVDF复合热电材料的制备及特性研究

将不同比例的多壁碳管(MWNTs)与聚偏二氟乙烯(PVDF)聚合物混合后,喷涂于n型ZnO半导体纳米线阵列上,制备了一种新型ZnO纳米线基MWNTs/PVDF热电复合材料.与以往采用价格昂贵的p型与n型单壁碳纳米管(SWNTs)与聚合物混合制备的复合热电材料特性相比,这种新型热电复合材料在降低制造成本的同时,利用分散于聚合物中MWNTs的一维电子传输特性及形成的大量界面势垒,加上ZnO半导体纳米线具有的较高载流子密度与迁移率,提高了复合热电材料中电子的输运特性,增加了材料对声子的散射强度.测试发现,在一定的温度梯度下,随着MWNTs添加质量百分比的增加,热电材料的温差电动势和电导率也随之增加,但其Seebeck系数变化量不大.研究表明,这种热电材料有望替代采用p型与n型SWNTs构建的SWNTs/PVDF复合热电材料.研究结果对开发超轻、无毒、廉价、可应用于各种微纳电子领域的新型电源具有重要的参考价值.     

表面修饰多壁碳纳米管负载二氧化钛的制备及催化碳酸二甲酯与苯酚酯交换反应的性能

制备了表面修饰多壁碳纳米管负载TiO₂的催化剂,并将其应用于碳酸二甲酯与苯酚的酯交换反应. 采用X射线电子能谱、透射电子显微镜、低温N₂吸附-脱附和X射线衍射等对催化剂进行了表征. 结果表明,以低浓度的氨水（0.4%）代替去离子水作为沉淀剂时,制备的催化剂显示出更好的催化活性、分离性与重复使用性. 考察了TiO₂负载量、催化剂用量及反应时间对反应性能的影响. 在最佳反应条件下,苯酚转化率为42.5%,碳酸甲苯酯与碳酸二苯酯的总选择性达到99.9%以上. 经过4次重复使用后,催化剂的活性略有下降.     

具有优异甲醇催化氧化性能的Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂

以聚二烯丙基二甲基胺盐酸盐(PDDA)为连接剂,采用原位自组装方式将MoO3和WO3负载到碳纳米管(CNTs)上,然后通过乙二醇还原法负载Pt纳米颗粒,得到Pt纳米颗粒均匀分布的Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂.当氧化物总量控制在10 wt%,MoO3与WO3摩尔比为1:0.5时,Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂催化甲醇氧化活性最高,甲醇氧化峰电流If高达835 A/gPt.WO3和MoO3的加入提高了催化剂的甲醇氧化活性、抗CO中毒能力和稳定性,使得Pt/MoO3-WO3/CNTs催化剂表现出优异的甲醇电催化氧化性能.     

聚氨酯/碳纳米管复合材料制备的研究进展

综述了聚氨酯/碳纳米管复合材料制备研究中碳纳米管的修饰方法及其复合材料的制备方法。碳纳米管的修饰方法包括共价修饰和非共价修饰,两种方法都可以有效改善碳纳米管在聚氨酯中的分散性。然而,共价修饰法会削弱碳纳米管的强度,非共价修饰层则容易脱落。因此,人们发展出了复合修饰法。该复合材料中的制备方法包括溶液共混法、熔融混合法和原位聚合法。评述了未来的发展趋势,提出朝简单、环保的方向改进碳纳米管的修饰方法,形成系统化的碳纳米管分散性评价的量化标准,发展出适应复合材料工业化生产线的制备方法,将是今后研究的重点。     

Recent progress of computational investigation on anode materials in Li ion batteries

Computations have been widely used to explore new Li ion battery materials because of its remarkable advantages. In this review, we summarize the recent progress on computational investigation on anode materials in Li ion batteries. By introducing the computational studies on Li storage capability in carbon nanotubes, graphene, alloys and oxides, we reveal that computations have successfully addressed many fundamental problems and are powerful tools to understand and design new anode materials for Li ion batteries.     

金属-碳管复合结构的计算力学研究

系统地研究了金属-碳纳米管复合结构的力学行为,考察了单轴压缩载荷作用下填充管的临界屈曲应变对管内金属原子数目的依赖性,分析了管的几何特征,包括管径、管长及手性,对填充管变形与力学行为的影响,并与连续体力学模型的预测进+行了对比分析.本文的研究结果对金属-碳管复合结构的理论研究和工程应用都具有较好的指导意义.     

碳纳米管场发射特性的研究

自1995年首次报道碳纳米管电子场发射实验研究以来,碳纳米管被认为是最具应用潜力的电子场发射极,特别是近几年碳纳米管合成技术的发展更促进了碳纳米管作为场发射电子源的研究。本论文对碳纳米管作为场发射电子源的研究进行了系统的总结,简洁地介绍了碳纳米管电子场发射研究的方法、理论、主要发现及意义。