螺旋状碳纳米管*

螺旋状碳纳米管（Coiled Carbon Nanotubes, CCNTs）是一种弯曲环绕,形成螺线状结构的碳纳米管。其螺旋形态特有的手性,螺旋,以及非线性力学响应等性质,使其在微纳器件、复合材料等具有应用前景,逐渐成为人们关注的热点方向。本文从制备,形成机理、结构调变以及应用几个方面详细阐述了CCNTs的研究进展。     

取向碳纳米管/高分子新型复合材料的制备及应用

碳纳米管/高分子复合材料已经被广泛研究, 但长期以来存在一个共同而关键的挑战, 即碳纳米管无规聚集, 结构难以调控, 性能无法满足应用需要. 本工作提出了制备取向碳纳米管/高分子复合材料的一种新方法, 获得块状、膜状、纤维状复合材料, 制备的关键步骤是通过化学气相沉积法合成可纺的高质量碳纳米管阵列. 该方法简单易行, 具有较好的普适性. 由于碳纳米管取向排列, 复合材料具有优异的物理性能, 如碳纳米管取向后复合材料的机械强度和导电率可分别提高一个和三个数量级. 在此基础上, 进一步探讨取向碳纳米管/高分子复合材料作为新型电极在有机太阳能电池中的应用.     

以多孔硅为模板制备取向碳纳米管

制备具有取向性好的碳纳米管阵列,尤其在硅基上的定向生长对实现碳纳米管的应用有着十分重要的意义．采用有机气体催化热解的方法,以多孔硅为模板,在硅基上制备出了具有取向性的碳纳米管阵列．结果表明,这种具有取向性的碳纳米管石墨化程度较高．孔径在１０～１００ｎｍ之间的多孔硅衬底,对碳纳米管的生长有控制作用,碳纳米管的直径随着衬底孔径的增大而增大．而大孔硅则没有类似的控制作用．     

裂解酞菁铁和乙烯制备取向碳纳米管阵列

采用热化学气相沉积(TCVD)法裂解酞菁铁(FePc)和乙烯(C2H4)制备出高210 μm的取向碳纳米管阵列(ACNTA). 用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)对制备的样品进行了表征, 系统研究了反应温度、反应时间、C2H4流量对ACNTA生长的影响. 结果表明, 样品具有高取向性且纯度高. 800 ℃是裂解FePc和C2H4制备ACNTA的最优温度, 催化剂的活性可以保持较长时间(60 min), 通入C2H4促进了ACNTA的快速生长, 最适合流量为50 cm3/min.     

石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及应用进展

石墨烯和碳纳米管都是纳米尺寸的碳材料,具有极大的比表面积、良好的导电性以及优秀的机械性能等特性. 选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合材料,它们之间可以产生一种协同效应,使其各种物理化学性能得到增强,因而这种复合材料在很多领域有着极大的应用前景. 以石墨烯/碳纳米管复合材料为综述对象,详细地介绍了它的制备、掺杂和应用等方面的进展,同时也对其发展前景进行了展望. 这种复合材料不仅被成功地应用在电容器、光电器件、储能电池、电化学传感器和其它领域,而且也会在这些领域内深化并向其它领域延伸.     

碳纳米管/聚合物复合材料加工过程中原位取向方法与技术

碳纳米管具有优异的力学、电学等性能,但是在聚合物复合材料中的无规状态不能发挥出其自身的优异性能.本文从碳纳米管/聚合物复合材料的加工过程实现取向增强入手,结合自己的研究成果,综述了在外力、电场、磁场、液晶诱导等作用下制备取向碳纳米管/聚合物复合材料.可以看出,经过精心设计的力场、电场、磁场和液晶作用可以使碳纳米管在聚合物复合材料加工过程中取向,并进而提高了力学和电学性能,但取向程度均有待提高.     

碳纳米管负载氧化铁的制备与机理

研究了不同的碳纳米管预处理方法对制备碳纳米管负载氧化铁催化剂的影响。通过透射电镜观察了氧化铁负载前后碳纳米管表面的形貌,X射线衍射分析显示碳纳米管上包覆的是αFe2O3,并利用红外光谱和热重分析结果探讨了氧化铁负载的机理,发现经过预处理的碳纳米管吸附Fe(NO3)3后高温热处理得到的氧化铁是由Fe(NO3)3直接分解得到的。     

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。     

碳纳米管膜电极的制备及其分析应用

本文详细介绍了碳纳米管的特性,并就碳纳米管在电分析化学中的应用情况进行了全面的综述,重点介绍了各种碳纳米管膜电极的制备及其应用。     

碳纳米管负载金属Pt催化剂的制备和机理研究

本文报道了高温裂解法沉积铂纳米颗粒于碳纳米管壁的新方法。利用红外光谱技术考察了碳纳米管壁的官能团衍生化以及这些官能团与铂颗粒沉积间的关系。利用透射电镜(TEM)、X-射线粉末衍射(XRD)以及光电子能谱技术(XPS)对碳纳米管壁上负载的铂纳米颗粒进行了表征。结果表明，大小约为5 nm的铂纳米颗粒以金属Pt(0)的形式均匀分散在纳米管表面，主要晶面定向为(111)面。同时，考察了甲醇在碳纳米管负载铂纳米颗粒复合材料电极上的电催化氧化。     

Dispersion Properties of Aligned Multi-Walled Carbon Nanotubes

Aligned carbon nanotubes (CNTs) composites can be prepared by post-growth alignment or through the use of CNT bundles. Post-growth alignment requires stringent processing conditions (high-voltage electric field/high-strength magnetic field). In this study, we focused on well-aligned multi-walled CNT bundles (AMWNTs). Achieving a balance between dispersion and required orientation was the main aim of this study. Ultrasonic dispersion will inevitably produce heat, which will adversely affect dispersion. Hence, we developed and attached a temperature-control system to a water bath ultrasonic dispersion device. Further, we studied effects of additional factors such as the type and amount of surfactant on dispersion.     

具有平整表面的定向纳米碳管膜的制备

为了获得表面平整的定向纳米碳管，通过化学及物理的方法将纳米碳管膜进行反转，使其原来的AAO模板底面成为新的表面，用溶液逐步去除表面的铝和氧化铝后，获得了平整的定向纳米碳管膜表面，从而可将其作为工作面使用. 还比较了5％NaOH和6%H₃PO₄＋1.8%H₂CrO₄溶液去除氧化铝的效果.     

利用沸腾床反应器制备碳纳米管

碳纳米管自1991年被日本NEC的Iijima发现以来,已经引起物理、化学和材料科学领域学者的广泛关注,并成为研究热点,理论和实验研究表明,碳纳米管具有独特的电学和力学性质,其导电性与管本身的直径和管的螺旋度有关,随着这些参数的变化,碳纳米管可表现出导体或半导体的性质。扬氏模量的测量表明,碳纳米管具有极高的强度,这些都预示着它具有广泛的应用前景。     

刚果红功能化水溶性碳纳米管膜电极的制备及在电化学传感器中的应用

基于刚果红(CR)表面修饰多壁碳纳米管(MWNTs)在干燥时所具有的良好成膜性能,在玻碳电极表面制备了一种水溶性MWNTs(MWNTs-CR)膜,用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)和交流阻抗谱(ElS)对其进行了表征.结果表明,MWNTs-CR能在电极表面形成一层致密、均匀含有大量纳米级微孔的纳米结构薄膜.和裸玻碳电极相比,MWNTs-CR膜修饰电极能极大的增强雌酮和羟甲香豆素的电化学响应.在体系中加入表面活性剂后,其电化学响应能得到进一步的提高.羟甲香豆素的浓度在8.0×10-8～4.0×10-6 mol/L范围内,其氧化峰电流与浓度呈现出良好的线性关系.在开路条件下富300 s后,HMC的检出限为2.0×10-8 mol/L.实验证明水溶性MWNTs膜是构建碳纳米管电化学传感器的理想材料.     

PMMA/定向碳纳米管复合材料导电与导热性能的研究

Methyl Methacrylate(MMA) has been filled in the apertures of aligned carbon nanotubes(ACNTs). Then PMMA/ACNTs composites have been synthesized by in-situ polymerization. The SEM results show that carbon nanotubes are well dispersed and directionally arranged in the composites. The electrical conductivities of the parallel direction (parallel with ACNTs) and perpendicular direction (perpendicular with ACNTs) of composites were respectively tested to be 15 S·cm^-1 and 4 S·cm^-1, so the composites were conductivity anisotropic. Compared with PMMA, the thermal stable temperature of composites in air was improved by 100 ℃,and the thermal conductivity of composites was 13.64 times of PMMA.     

基于钯纳米颗粒修饰直立碳纳米管电极的电化学葡萄糖生物传感器

将电化学氧化生成的Pd(Ⅳ)离子配合到直立碳纳米管(ACNTs)上, 使其还原为纳米颗粒(Pb nps), 从而制得Pd nps-ACNTs纳米复合物电极, 经过葡萄糖氧化酶(GOD)进一步修饰后, 制成GOD/Pds nps/ACNTs酶电极, 通过测量GOD和葡萄糖酶促反应中产生的H₂O₂含量, 进而监测葡萄糖浓度. 实验结果表明, 电极表面大量Pd纳米颗粒的存在显著提高了传感器的检测灵敏度, 使酶电极具有响应时间短(<5 s)及检测电位低(<0.4 V)等优点.     

Noble Metal Decoration and Alignment of Carbon Nanotubes in Carboxymethyl Cellulose

A facile microwave method (MW) is described that accomplishes alignment and decoration of noble metals on carbon nanotubes (CNT) wrapped with carboxymethyl cellulose (CMC). Carbon nanotubes such as single‐ and multi‐walled, and Buckminsterfullerene (C‐60) are well dispersed using the sodium salt of CMC under sonication. Addition of respective noble metal salts then generates noble metal‐decorated CNT composites at room temperature. However, aligned nanocomposites of CNTs could only be generated by exposing the above nanocomposites to MW irradiation. The CNT composites are characterized using scanning electron microscopy, energy dispersive X‐ray analysis, X‐ray mapping, transmission electron microscopy, and UV‐visible spectroscopy. The general preparative procedure is versatile and provides a simple route to manufacturing useful metal‐coated CNT nanocomposites.

     

Synthesis and Application of Carbon Nanotubes

Owing to the unique structure, the superior physical and chemical properties, the super strong mechanical performances, and so on, carbon nanotubes have attracted the attention of researchers all over the world. In this article, the basic properties and the main production processes of carbon nanotubes are introduced in brief, and the progress of applied research for carbon nanotubes is reviewed.