碳纳米管的制备与纯化-李玲玲ppt课件.ppt

碳纳米管（CNTs）的制备及纯化
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一、碳纳米管简介
纳米材料被誉为是21世纪的重要材料，将是构成未来智能社会的四大支柱之一，而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管的理论抗拉强度是钢的100倍，而密度仅为钢的1/60碳纳米管的理论比表面积可达8 000耐/g，可作为双电层超级电容器的极板材料，达到很高的比功率。采用碳纳米管作为场发射的阴极材料，在逸出功、A值电压和散热等方面比钥尖锥具有明显的优越性，因此，在场发射显示器领域有广阔的应用前景。由于碳纳米管具有强度高、重量轻、性能稳定、柔软灵活、导热性好、比表面积大，并具有许多吸引人的电子性质，故在无线电通信、储氢电池、航空航天、军事等方面都有广泛应用。
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碳纳米管是一种具有特殊结构的一维量子材料，径向尺寸为2~20nm，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。
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碳纳米管也可以看成是由石墨层卷曲而成的圆柱形管状物。
碳纳米管可以分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管两类。
多壁碳纳米管：由多层石墨卷曲而成的一组同轴圆柱形管。
单壁碳纳米管：由一层石墨卷曲而成的一个圆柱形管。
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碳纳米管的主要性质
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二、制备方法
电弧放电法。（已用于工业化生产）
激光蒸发法。
化学气相沉淀法。
太阳能法。
火焰法。
增强等离子体热流体化学化学蒸气分解沉法。
等离子体法。
水热法。
超临界流体技术。
固相复分解反应制备法。…………
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碳源
石墨是最早也是最容易获得的碳源。激光法、电弧法中常以石墨靶为碳源，后来随着碳纳米管制备技术的发展，纳米管的碳源也可从各种含碳物质的热解或转化来制得。含碳和氢，以及混杂有氧、氮、硫等其它杂质的有机化合物，低沸点的有机金属化合物(如各种金属茂、金属酞脊等)，在加热时，特别是催化加热时通过歧化或炭化转化为高碳或纯碳材料，然后在合适的条件下部分或完全转化成碳纳米管。根据碳源的物理形态可以设计相应的实验。如石墨可用作电弧法和激光蒸发法。co,烃类气体适用于各类CVD法、低沸点的金属茂、金属酞菁等也可通过加热升华后用于CVD法;苯、金属茂、金属酞菁等经有机溶剂溶解，利用溶胶-凝胶技术和载体均匀混合后可用于固相热解法。
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一般说来，碳源的选择不影响产物的性质，但是对碳纳米管的成长速率有一定的影响。不同的碳源，分解温度不同，因而热传导率也不同。另外，在反应中加入一些生长促进剂(如硫、磷、唾吩等)可以加速碳源的分解，有利于生成纳米管。
此外，载体法中随着碳源的分解，碳的浓度和压强在载体孔隙中逐渐增大，达到一定浓度时，便开始在催化剂颗粒上沉积成核，开始碳纳米管的生长。所以与其它方法相比，载体催化热解法能充分利用载体孔隙增大积碳压强而降低合成温度。
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电弧放电法
制备装置简图如图1所示，在真空反应室中
充惰性气体或氢气，采用较粗大的石墨为阴极，填充有铁或钻作为催化剂的较细石墨棒为阳极。
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