多孔壁碳纳米笼的表面改性的研究.doc

范文最新推荐------------------------------------------------------1 / 18多孔壁碳纳米笼的表面改性的研究摘要：本论文对多孔壁碳纳米笼的表面改性进行了研究首先利用红外光谱(FT-IR)、通过透射电镜、X 射线衍射等测试等分析手段，研究不同酸洗方法(盐酸酸洗、硝酸酸洗)对碳纳米笼表面官能团的影响，静置后不同时间后，观察沉淀情况以此研究碳纳米笼表面官能团对其分散性的影响发现浓硝酸对于多孔壁碳纳米笼的表面改性效果强于浓盐酸，表面官能团化后对提高多孔壁碳纳米笼的分散性有极大的帮助另外，对于多孔壁碳纳米笼的掺杂处理是另一种有效提高多孔壁碳纳米笼的表面官能团数目的方法11506关键字：碳纳米笼；表面改性；酸洗Investigation on surface modification of carbon nanocages with porous shells  Abstract: Our research was focused on the surface modification of carbon nanocages with porous shells. The samples were analyzed by Fourier transform-infrared spectroscopy, transmission electron microscope and X-ray diffraction to find out how different acid treatments (HCl-treatment and HNO3-treatment) influenced functional groups on the carbon nanocages surface. After being filtered, functionalized sample were dispersed in to deionized water and were place for a week to test the whether sample with more functional group would have high dispersibility. HNO3-treatment was found more helpful to introduce functional groups into carbon nanocages than HCl-treatment and carbon nanocages with more functional groups had higher dispersibility. Additionally, making carbon nanocages doped was another efficient method to increase functional groups on the surface of the carbon nanocages.Key words: Carbon nanocages, Surface modification, Acid-treatment目录---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------3 / 181 前言 11.1 碳纳米材料的介绍 11.2 碳纳米材料的应用前景 31.3 本课题研究目的和意义 6 近几十年来,碳纳米材料由于其优异的性能和在众多领域潜在的应用价值,吸引了许多科学家的关注碳纳米技术在新兴技术中的地位越来越重要，其在医疗，生物，材料等高科技领域的研究不仅带来了可观的经济效应，更对人们生活带来了实在的便利和好处。

作为碳纳米材料的新军多壁碳纳米笼的应用前景一片大好，碳纳米笼通常是作为碳纳米管的付产物而产生的 碳纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术其潜在的重要性毋庸置疑一些发达国家都投入大量的资金进行研究工作如美国最早成立了纳米研究中心日本文教科部把纳米技术列为材料科学的四大重点研究开发项目之一在德国以汉堡大学和美因茨大学为纳米技术研究中心政府每年出资 6500 万美元支持微系统的研究在国内许多科研院所、高等院校也组织科研力量开展纳米技术的研究工作并取得了一定的研究成果由中国科学院物理研究所解思深研究员等完成了定向纳米碳管阵列的合成他们利用化学气相法高效制备出孔径约 20 纳米长度约 100 微米的碳纳米管并由此制备出纳米管阵列其面积达 3 毫米×3 毫米碳纳米管之间间距为 100 微米氮化镓纳米棒的制备由清华大学范守善教授等完成他们首次利用碳纳米管制备出直径 3~40 纳米、长度达微米量级的半导体氮化镓一维纳米棒并提出碳纳米管限制反应的概念并与美国斯坦福大学戴宏杰教授合作在国际上首次实现硅衬底上碳纳米管阵列的自组织生长准一维纳米丝和纳米电缆由中国科学院固体物理研究所张立德研究员等完成。

他们利用碳热还原、溶胶-凝胶软化学法并结合纳米液滴外延等新技术首次合成---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------5 / 18了碳化钽纳米丝外包绝缘体 SiO2 纳米电缆用催化热解法制成纳米金刚石由中国科学技术大学的钱逸泰等完成他们用催化热解法使四氯化碳和钠反应以此制备出了金刚石纳米粉但是同国外发达国家的先进技术相比我们还有很大的差距德国科学技术部曾经对纳米技术未来市场潜力作过预测他们认为到 2000年纳米结构器件市场容量将达到 6375 亿美元纳米粉体、纳米复合陶瓷以及其它纳米复合材料市场容量将达到 5457 亿美元纳米加工技术市场容量将达到 442亿美元纳米材料的评价技术市场容量将达到 27.2 亿美元并预测市场的突破口可能在信息、通讯、环境和医药等领域总之纳米技术正成为各国科技界所关注的焦点正如钱学森院士所预言的那样"纳米左右和纳米以下的结构将是下一阶段科技发展的特点会是一次技术革命从而将是 21 世纪的又一次产业革命"[1]。

2011 年 10 月 19 日欧盟委员会日前通过了对纳米材料的定义根据欧盟委员会的定义，纳米材料是一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在 1 纳米至 100 纳米之间，并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占 50%以上1 纳米等于十亿分之一米在纳米尺度上一些材料具有很多特殊功能纳米材料已在人们的工作和生活中得到广泛应用 碳球 球碳原名富勒烯 Fullerene 又译作福乐烯又名巴基球或巴克球 Buckyball 是于 1985 年发现的继金刚石和石墨之后碳元素的第三种晶体形态C60 的分子结构为球形 32 面体它是由 60 个碳原子以 20 个六元环和 12 个五元环连接而成的具有 30 个碳碳双键 C=C的足球状空心对称分子所以富勒烯也被称为足球烯根据尺寸大小将碳球分为(1)富勒烯族系 Cn 和洋葱碳(具有封闭的石墨层结构直径在 2—20nm 之间)如 C60C70 等(2)未完全石墨化的纳米碳球直径在50nm 一 1μm 之间(3)碳微珠直径在 11μm 以上另外根据碳球的结构形貌可分为空心碳球、实心硬碳球、多孔碳球、核壳结构碳球和胶状碳球。

1.2 碳纳米材料的应用前景碳纳米技术在生活中有很多的应用，随着科学家研究的深入，碳纳米技术的---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------7 / 18衍生物给人们带来的经济和生活价值也越来越多碳纳米材料的简介以及碳纳米材料的背景（1）碳纳米材料在锂电池中的应用碳纳米管自其发现以来,一直是研究的热点 ,并被认为是最具应用前景的纳米材料之一碳纳米管是由单层或多层石墨卷曲而成的一维管状纳米材料,具有许多出众的物理化学性质,其独特的电子导电性 ,使其在锂离子动力电池导电剂方面具有诱人的应用前景碳纳米管作为一种新型的纤维状导电剂,可以形成完整的三维导电网络结构,与传统导电剂如导电碳黑等相比,碳纳米管具有更高的电子导电率, 所需用量也相对较低,有利于提升电池容量、提高电池循环寿命、尤其有利于提高电池的大倍率充放电性能在对锂离子动力电池容量和功率需求越来越高的今天,碳纳米管已成为导电剂发展的主要方向之一。

然而,碳纳米管作为锂离子动力电池导电剂有两个急需解决关键问题：碳纳米管合成过程中残留的金属催化剂对电池性能可能造成的不利隐患；碳纳米管相互之间存在较强的范德华相互作用,很难均匀分散在电极活性材料中因此,碳纳米管如要在锂离子动力电池导电剂方面取得实际应用仍有许多工作有待于完善本论文首先研究了碳纳米管中残留 Fe 催化剂对电池性能的影响,并采用高温石墨化方法对碳纳米管进行提纯,有效去除了残留金属催化剂随后,分别采用酸超声处理及砂磨处理方法制备了碳纳米管导电浆料并研究了浆料的稳定性最后,将所制备的碳纳米管导电浆料应用于磷酸铁锂正极材料中,测试了其对电池各方面电化学性能的影响,取得了良好的实验结果本文主要研究结果如下：1、通过对内部短路电池进行分析 ,发现 Fe杂质是引起电池内部短路的主要原因,而采用化学气相沉积方法(CVD)生产的碳纳米管中含有较多的残留金属催化剂,如 Fe、Ni 等,会引起电池内部微短路, 存在安全隐患我们采用高温石墨化方法对碳纳米管进行纯化,纯化后碳纳米管中 Fe 杂质含量大大降低,仅为22ppm电池自放电实验结果表明,纯化后碳纳米管较纯化前碳纳米管的电池自放电情况显著改善。

2、尝试采用强酸超声处理和砂磨处理两种方法来制备碳纳米管导电浆料结果发现强酸超声处理后的碳纳米管仍然不能稳定分散在 N-甲基吡咯烷酮(NMP)中,而且强酸超声处理过程会破坏碳纳米管的结构采用砂磨---------------------------------------------------------------范文最新推荐------------------------------------------------------9 / 18方法制备的碳纳米管导电浆料具有良好的分散稳定性,6000rpm 离心处理后浆料稳定率仍>90%,12000rpm离心处理后浆料稳定率>65%将碳纳米管浆料与磷酸铁锂正极材料混合,SEM 结果可以看到碳纳米管与磷酸铁锂颗粒紧密接触,碳纳米管紧紧缠绕在磷酸铁锂颗粒表面3、将砂磨制备的碳纳米管导电浆料应用 磷酸铁锂电池中,测试了电池的各方面性能 ,并且与传统导电剂 Super-p 进行了对比含 CNTs 的正极极片压实后密度为 2.071g/cm3,平均电阻率为9.73Ω2•cm,极片性能明显优于采用 Super-p导电剂的极片。

采用碳纳米管作为导电剂的电池的比容量、内阻、高倍率充放电性能、低温放电性能和循环寿命都优于采用 Super-p 作为导电剂的电池2）碳纳米材料在微电子气器中的应用纳米电子学是纳米技术的重要组成部分，其主要思想是基于纳米粒子的量子效应。