納米碳管的制備【開題報告】

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1、畢業(yè)論文開題報告高分子材料與工程納米碳管的制備一、選題的背景和意義納米碳管(Carbonnanotube)是1991年才被發(fā)現(xiàn)的一種碳結(jié)構(gòu)。理想納米碳管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫、中空的管體。石墨烯的片層一般可以從一層到上百層,含有一層石墨烯片層的稱為單壁納米碳管(Singlewalledcarbonnanotube,SWNT)，多于一層的則稱為多壁納米碳管(Multi2walledcarbonnanotube,MWNT)。SWNT的直徑一般為1～6nm，最近的研究發(fā)現(xiàn)納米碳管的最小直徑為0.4nm和直徑為0.

2、36nm的碳管，但是很不穩(wěn)定，同樣直徑大于6nm的SWNT也不穩(wěn)定，會發(fā)生SWNT管的塌陷。納米碳管長度則可達(dá)幾百納米到幾個微米。因為SWNT的最小直徑與富勒烯分子類似，故也有人稱其為巴基管或富勒管。MWNT的層間距約為0.34nm,直徑在幾個納米到幾十納米，長度一般在微米量級，最長者可達(dá)數(shù)毫米。由于納米碳管具有較大的長徑比，所以可以把其看成為準(zhǔn)一維納米材料。納米碳管中的碳原子以sp2雜化，但是由于存在一定曲率，所以其中也有一小部分碳屬sp3雜化。在不考慮手性的情況下，SWNT可以由兩個參量完全確定(直徑和螺旋角或兩個表

3、示石墨烯的指數(shù)(n,m)或者螺旋向量Cn和垂直向量T)，MWNT則需要三個以上的參數(shù)表示。納米碳管研究是富勒烯(C60,C70...)的繼續(xù)，1991年，理論預(yù)計納米碳管具有許多的奇特電學(xué)性能，幾乎同時NEC公司SIijima在高分辨電子顯微鏡下觀察采用電弧法制備的富勒烯中發(fā)現(xiàn)了一種管狀結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研究表明它們是同軸多層富勒管，被稱為多壁納米碳管，隨后NEC公司的TWEbbesen和PMAjayan通過改進(jìn)實驗條件獲得較多MWNT。實際上早在70年代已開始MWNT的研究，當(dāng)時科學(xué)家在研究氣相熱解碳的過程中，經(jīng)觀察到這種納米

4、結(jié)構(gòu)的碳，然而沒有引起足夠的重視和深入研究。1993年S.Iijima和IBM公司同時報道了觀察到SWNT。在早期實驗中，電弧法制備。SWNT產(chǎn)率很低,而且雜質(zhì)較多。所以在Rice大學(xué)的RichardSmalley研究小組發(fā)現(xiàn)激光蒸發(fā)方法可以得到極高產(chǎn)率的SWNT以后，開始了SWNT的物理性質(zhì)的研究。此后，法國Montpellier大學(xué)的Bernier研究小組采用電弧法也可以得到高產(chǎn)率的SWNT。1998年，3中國科學(xué)院金屬研究所成會明研究小組采用催化熱解碳?xì)浠衔锏姆椒ǖ玫捷^高產(chǎn)率的SWNT。由于SWNT結(jié)構(gòu)比較簡單，

5、理論研究也比較容易，所以開始了對納米碳管的廣泛研究。二、研究目標(biāo)與主要內(nèi)容（含論文提綱）以化學(xué)氣相沉積法（CVD）制備納米碳管，通過單因素法考察制備納米碳管的影響因素。具體研究思路與目標(biāo)如下：（1）以負(fù)載型氧化鐵和負(fù)載型氧化鎳作為催化劑，以甲苯和正己烷為碳源，以氮氣為載氣，采用CVD法制備納米碳管。（2）對納米碳管的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行表征和分析，掌握其生長機理和影響因素。（3）優(yōu)化合成工藝，確定最優(yōu)工藝條件。論文提綱：第一章文獻(xiàn)綜述第二章實驗方法及方案第三章實驗結(jié)果與討論1.考察碳源種類對納米碳管的影響。2.催化劑種類對納米碳

6、管的影響。3.反應(yīng)溫度對納米碳管的影響。4.載氣流量對納米碳管的影響。第四章結(jié)論三、擬采取的研究方法、研究手段及技術(shù)路線、實驗方案等采用甲苯和正己烷兩種碳源，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）法來制備納米碳管。采用透射電鏡技術(shù)對產(chǎn)品進(jìn)行分析評價。實驗方案：實驗在立式固定床反應(yīng)器中進(jìn)行。實驗前，采用高純氮氣吹掃反應(yīng)體系，以烴類作為碳源，以負(fù)載型氧化鐵和負(fù)載型氧化鎳為催化劑，調(diào)節(jié)原料爐和反應(yīng)器的溫度，以N2為載氣，攜帶原料蒸汽進(jìn)入反應(yīng)器。實驗主要考察碳源種類、催化劑種類、反應(yīng)溫度和載氣流量等因素對納米碳管的形貌和產(chǎn)量的影響，以確定最

7、優(yōu)工藝條件。四、中外文參考文獻(xiàn)目錄[1]IijimaS.Helicalmicrotubulesofgraphiticcarbon[J].Nature,1991,354(6348):56-58.[2]AjayanPM.Nanotubesfromcarbon[J].ChemRev,1999,99:17-87.[3]張繼紅,魏秉慶,梁吉,等.激光熔覆巴基管/球墨鑄鐵的研究[J].金屬學(xué)報,1996,12(9):3980-984.[1]王淼,李振華,魯陽,等.納米材料應(yīng)用技術(shù)的新進(jìn)展[J].材料科學(xué)與工程,2000,18(1):

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