材料工程论文参考范文：取向碳纳米管材料之制备方法及应用

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1、材料工程论文参考范文：取向碳纳米管材料之制备方法及应用第一章绪论碳纳米管也是纳米材料的重要成员，通过论文范文对碳纳米管材料进一步研究，必然会带动碳纳米学科的快速发展。在纳米材料中，包括碳纳米管、碳纳米纤维、石墨稀在内的碳纳米材料是当前国际科学的前沿领域之一。1991年Iijima[i]利用电弧放电产物中发现碳纳米管，1993年Iijima[3]和Bethune[2]在电弧放电中利用金属催化合成了单壁碳纳米管。之后，包括诺贝尔化学奖获得者Smalley在内许多科学家都投入到这项新型的研究领域[4_14]，并且从理论上重新认识了早期的碳纳米管结构和性能，从实验上证明了碳纳米管具有非凡的

2、应用潜力。碳纳米管是一种新型碳素材料，它是由碳原子形成的石墨层卷曲而成的无缝、中空纳米管体。按照石墨层的层数可将碳纳米管分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管（Multi-。由于碳纳米管具有独特的结构，因此对它的研究具有重大的理论意义和应用价值。碳纳米管可以用来制备理想的一维模型材料，另外碳纳米管巨大的长径比可以使其做成坚軔的碳纤维，其强度达到钢的100倍，而重量却只有钢的1/6[19]，同时它还有望制备成量子导线[7，20]、纳米半导体材料[21，22]、复合材料[23_25]、催化剂载体和近场发射材料[28]等。碳纳米管的许多有趣的性质源于它的本质是一维的分子，单壁碳纳米管的直径为0

3、.46nm,而多壁碳纳米管的直径小的只有1.4nm，高的至少可达100nm[29]。碳纳米管阵列的最高的纪录已被多次打破，目前最高的记录为18mm取向碳纳米管阵列[18]，如图1-3所示。而目前最长的单壁碳管为4cm，最长的多壁碳纳米管为10cm[3G，31]。随着合成碳纳米管技术的细化，最大的长度很可能继续增长。1.2碳纳米管材料性能碳纳米管因其独特的化学结构和优异的物理性能，已成为超级电容器、太阳能电池等能源领域重要的研究对象之一。碳纳米管是由石墨层卷曲成无缝中空的管体。碳纳米管具有极高的比表面积（如单壁碳纳米管1600m2/g[34])以及优异的力学性能（断裂强度高达63GP

4、a[35])和导电性能（室温电导率高达106S/cm[36])。1.2.1力学性能碳纳米管具有很好的力学性能，它的拉伸强度可达150GPa，是钢的100倍，比常规石墨纤维至少高一个数量级，密度却只有钢的1/6;它的弹性模量可达1TPa(10i2Pa)，约为钢的5倍，与金刚石的弹性模量相当。结构上碳纳米管与高分子材料虽然相似，但碳纳米管的结构稳定性远远超过高分子材料。与其它材料相比，碳纳米管可制备出具有很高强度的材料，拉伸强度可达800GPa[37]，以其它工程材料为本体与碳纳米管复合形成复合材料，这样获得的复合材料具有良好的弹性模量、拉伸强度，抗疲劳能力，对改善复合材料力学性能带来

5、极大的方便。第二章化学气相沉积法合成高质量取向碳纳米管阵列2.1引言自从1996年Smalley报道[5]取向碳纳米管阵列以来，已有大量的合成取向碳纳米管阵列的报道。利用铁磁类金属如铁、钴、镇等作为催化剂在不同基底上（如介孔二氧化桂、平面娃基底[I6、石英玻璃板[I62])成功合成出大尺寸取向碳纳米管阵列。因为铁磁类金属具有未填满的壳层，这使得它们能够吸附住碳氢化合物并与碳氧化合物发生相互作用。从文献报道的合成方法来看，化学气相沉积法已被公认为合成取向碳纳米管阵列最有前途的方法。图2-1是实验中采用化学气相沉积法合成的典型垂直取向碳纳米管阵列扫描电子显微镜（SEM)图。垂直取向碳纳

6、米管具有非常高的长径比和均匀的碳纳米管长度，它们通常从基底上的固定催化剂（如铁、钴、镜）上生长出来的，可以合成出高度均勻、取向性好、管壁无杂质、导电性能好的优质碳纳米管[163]。因为这些特性，取向碳纳米管阵列广泛应用于电极材料、复合材料等。本文釆用无水辅助化学气相沉积方法，通过优化催化剂制备工艺，调整复气、乙稀和氩气比例，探索最佳合成温度和合成时间，成功合成了4mm高质量超长取向碳纳米管阵列。第三章取向碳纳米管纤维的制备......................55-723.1引言..................553.2实验部分..................55-5

7、83.2.1主要材料与原料..................553.2.2主要设备与仪器..................55-563.2.3分析与测试..................563.2.4合成可纺取向碳纳米管阵列..................563.2.5制备取向碳纳米管纤维..................56-583.3实验结果与讨论..................58-713.4本章小结..................71-72