碳纳米管阵列超双疏性质的发现_翟锦
碳纳米管阵列超双疏性质的发现
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翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷
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(中国科学院化学研究所 北京 100080)
摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路.
关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏
DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED
CARBON NA NOTUBE FILMS
Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei
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(Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina )
Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine.
Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic
* 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学
基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到
- 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.wendangku.net/doc/fb15356979.html,
在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多
水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1]
,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信
号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的
对针尖的污染;它还可用于修饰纺织品,做防水和防污的服装等.正是由于这类表面现象在工农业生产上和日常生活中都是非常重要的,因此这方面的研究引起了人们的极大兴趣.
影响固体表面浸润性的因素主要有两个:(1)表面自由能;(2)表面粗糙度.当表面自由能降低时,其疏水性能就会增强.然而,即使具有最低表面能的光滑表面,其与水的接触角也仅有119b[2].为了得到更好的疏水效果,需要表面具有一定的粗糙度.Wenzel 和Cassie在表面粗糙度对浸润性的影响方面做出了开创性的工作[3)5].
由于碳纳米管具有独特的物理和化学性质,使得其在氢气和其他气体的存贮、催化剂载体、锂离子电池、平板显示器等方面呈现出广阔的应用前景.就碳纳米管的浸润性而言,Ebbesen等对无序碳纳米管进行了详细的研究,发现其很容易被水润湿[6,7].为了更好地研究碳纳米管的各种物理和化学性质,制备高度阵列的碳纳米管膜是非常必要的.
我们用的阵列碳纳米管膜的制备方法如下[8]:将干净的石英玻璃片放在由石英玻璃管和带有控温装置的管式炉组成的流动反应器里,在加热过程中,向石英管里通入Ar P H2混合气流(体积比为1B1).当炉子的中心区域温度达到950e后,将盛有一定量酞菁金属络合物的石英舟放入炉子中温度约为500)600e的区域.反应5)10分钟后,在石英玻璃片上就可以长出一层黑色的碳纳米管膜.
为了进行疏油化处理,将干燥后的阵列碳纳米管膜首先在热的浓硫酸P硝酸(体积比为1B1)混合物中氧化处理2小时,随后用大量的超纯水漂洗样品,再在真空中干燥处理后,将样品放置到水解的氟硅烷甲醇溶液(110wt%)里浸泡3小时,随后在150e 下热处理1小时.
为了比较阵列碳纳米管膜和平躺在基底上的碳纳米管膜的浸润性差异,用刀片将阵列碳纳米管从基底上刮下,然后将其放入盛有无水乙醇的小烧杯中,超声分散3)5小时,以使碳纳米管充分分散开.之后,将一块干净的石英玻璃片放入烧杯底部,在真空下干燥分散含有碳纳米管的乙醇溶液,即可得到平躺的碳纳米管膜.
图1(a)是一幅典型的阵列碳纳米管膜的俯视扫描电镜(SEM)图.由图可见,这种阵列纳米管表面纯度很高,几乎无杂质(如碳颗粒和其他含碳材料).图1(b)给出的是阵列碳纳米管膜的侧视SE M图.由图可知,这种碳纳米管基本上垂直于基底,具有相当均匀的长度和外径.根据实验条件的不同(如反应时间、气流速度等),碳纳米管的长度可以控制在几个微米到几十个微米
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图1阵列碳纳米管膜SEM图
(a)俯视图;(b)侧视图
为了研究这种阵列碳纳米管膜的浸润性,我们测量了水滴和植物油滴与这种膜的接触角.结果表明,这种碳纳米管膜是超疏水和超亲油的,与水和油的接触角分别为15815?115b和0?110b.为了考察碳纳米管的这种阵列结构对其超疏水性质的影响,我们同时研究了平躺的碳纳米管膜.通过对其形貌的观察,我们发现碳纳米管被较均匀地分散,并且是平躺在基底上.这种膜与水的接触角为13615? 710b.表明碳纳米管的阵列结构确实对其超疏水性质起了决定作用.为了获得超疏油表面,需要降低表面能,这可以通过用氟化物修饰阵列碳纳米管膜来实现.我们用水解的氟硅烷修饰这种氧化的纳米管膜.XPS分析结果表明,未经处理的阵列碳纳米管膜
主要是由碳(95130at%)组成.处理后的阵列碳纳米管膜表面的化学成分有6种元素,分别为C,F,Si, O,N,S等,原子百分比浓度分别为4917,3612,113, 1211,012,015,这表明修饰后的阵列碳纳米管膜主要含有碳和氟,说明阵列碳纳米管膜已经被氟化.修饰后的纳米管膜表面既疏水又疏油,与水和植物油的接触角分别为171?015b和161?110b,表现出了非常好的超双疏效果.另外,即使稍微或不倾斜基底,水滴在这种表面也很容易滚动.与修饰前的水和植物油的接触角对比可知,氟化修饰后的膜的疏水和疏油效果都大大提高.特别是对植物油,从超亲油突变为超疏油.
由于阵列碳纳米管膜表面十分粗糙,其表面粗糙度在600nm左右.在这种材料的表面,水滴不能进入到表面的气孔中,于是空气就存留在孔里.因此,这种表面可以看作是由空气和碳纳米管组成的复合界面.这样就可以把粗糙度因子r引入到Cassie和Ba xter方程中,得到平整的表面与水的接触角H和粗糙表面与水的接触角H r之间的关系式[9]:
cos H r=r f1cos H-f2,
式中f1和f2分别为阵列碳纳米管膜表面上碳纳米管和空气所占的比例.该方程表明,粗糙表面的接触角H r随表面上空气所占比例f2的增大而增大.根据已知的接触角值,我们可以粗略地估计一下f1和f2的大小.由于碳纳米管可以看作是由石墨片卷成的无缝圆柱管[10],水滴在平整的石墨表面上的接触角H为86b[11],而在粗糙的阵列碳纳米管膜上的接触角H为15815?115b;水滴在氟硅烷处理过的平整玻璃表面上的接触角H为108b[12],在氟硅烷处理过的粗糙的阵列碳纳米管膜上的接触角H r为171? 015b.由以上数据,我们可以算出f1和f2分别为0106和0194.这表明阵列碳纳米管膜的超双疏性质是由于其表面上碳纳米管所占的比例较小,空气所占的比例较大而引起的.纳米结构的存在导致了该表面的超双疏性质.
另外,我们制备了类荷叶结构的仿生阵列碳纳米管膜,研究了它的浸润性.这种碳纳米管膜的表面是由许多大小不等的乳突组成,这些乳突的尺寸范围在1)5L m之间,平均大小约3L m,乳突之间的间距范围在1)10L m之间,平均间距约6L m.每一个乳突是由许多直径为40nm左右的碳纳米管组成的.图2(a)是一幅典型的荷叶表面结构的俯视SE M图.由图可见,荷叶表面是由许多大小不等的乳突组成
,
图2
(a)荷叶表面结构的俯视SEM图;(b)图(a)中一个乳突的放大
这些乳突的平均大小约为10L m,平均间距约12L m,而一个乳突是由许多直径为200nm左右的突起组成.因此,我们制备的这种碳纳米管膜的形貌的确非常类似于荷叶的结构,只是碳纳米管膜上的乳突大小和间距都要比荷叶表面上的小,并且碳纳米管膜上的微细结构也比荷叶表面上的小突起小得多.水滴在这种具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜上,其接触角为166b,滚动角为8b.作为比较,我们同时测量了荷叶与水的接触角,对于直径约115mm的水滴来说,其值约为160b,滚动角为7b.由此可见,这种碳纳米管膜不仅结构与荷叶非常类似,疏水效果也非常接近.由于表面化学成分对浸润性的影响比较大,为此,我们对这种阵列碳纳米管膜的表面元素进行了X射线光电子能谱分析,结果表明,该表面主要是由碳(891775at%)组成.因此,我们制备的荷叶阵列碳纳米管膜表面上不含氟元素,即可达到相当于荷叶的超疏水效果.而这种超疏水的性质正是由表面具有微米结构的乳突和纳米结构的精细结构相结合而产生的.基于上述研究思想,我们又制备了具有
岛状结构和蜂房式结构的阵列碳纳米管膜,并研究
了它们的浸润性,发现水在这两种表面上的接触角均大于160b,是一种超疏水表面.
由于各种氟化合物对环境的破坏日趋严重,当前世界各国都禁止使用这类化合物,于是研究人员就积极寻找这类氟化物的替代物,超疏水界面P界面材料的研究也不例外.我们所制备的具有类荷叶结构的超疏水阵列碳纳米管膜无疑为这方面的研究提供了新的思路.
综上所述,我们采用高温裂解酞菁金属络合物分别制备了具有不同形貌的阵列碳纳米管膜和类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,并且研究了它们的浸润性.这种独特的超疏水和超双疏性质主要来源于其所具有的阵列结构和薄膜表面上非常大的空气比例.正是这种纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合,使表面产生了如此的奇特性质.这种性质为阵列碳纳米管膜作为超双疏材料的应用提供了依据.
参考文献
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[12]Tadan aga K,Katata N,Min ami T.J.Am.Ceram.Soc.,1997,80:
1040
#物理新闻#
电子变得有序了(Electrons Come to Order)
在1999年,科学家们发现,将一块结构形似三明治的光滑的砷化镓半导体晶体平板置于磁场中,让磁场垂直于平板.若将晶体逐渐冷却并调整磁场到一个合适的强度,这时就能观察到晶体内的电子会一致地选择相对于晶轴方向运动,同时可测到在这个方向上有极大的电导值.为什么电子会变得有序?这个问题长期困惑着科学家们,他们需要进行深入的研究.
最近美国Colorado大学的L.Radzihovsky教授和Florida大学的A.T.Dorsey教授认为这种效应有点类似于在磁场作用下磁性材料的磁畴或者处于电场感应下的液晶分子,但这两种粒子本身都具有一定的取向性.那么应如何来解释电子的这种有序排列呢?从实验上来看,电子是选择了在电荷密度波方向进行有序运动.一般来说,凡系统中存在着长程排斥势与短程吸引势的相互竞争时,系统内将会出现带状结构.对应于目前的电子系统,他们提出了一种类似于液晶的模型,他们认为在这种电子系统内也似乎存在着两种势:一种是电子间的泡利不相容原理所提供的等效吸引势;另一种是电子间的静电排斥势.在这两种势的影响下,电子系统内出现了带状结构,这类结构在一定的磁场强度下具有稳定性.涨落效应将会使带状结构出现分岔,从而在带状结构内产生出一系列的像迷宫一样的带状支路,这种情况非常类似于一组具有无规排列的液晶分子,他们在低温时将发生有序排列.如果再考虑到低温时的量子效应后,科学家们预测,这些带状结构会有振荡现象产生.
对于砷化镓晶体所具有的电子有序行为,科学家们仍然具有很多不同的看法,例如磁场能帮助磁性材料加强取向,但为什么会对砷化镓晶体起作用呢?最近美国伊利诺依大学的E.Fradkin教授和他的研究组以及加州理工学院的J.Eisentein教授和他的同事们都已在实验上观察到在磁场与温度的控制下,砷化镓晶体内产生的带状结构.他们的工作都将在Physical Review B上发表.
(云中客摘自Physical Review Letters,27May2002)
碳纳米管纳米材料的应用要点
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导
碳纳米管综述
碳纳米管综述 摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。 引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。 正文： 碳纳米管的制备： 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法 利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。 催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。 催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单，关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面：大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂，粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体，乙炔、丙烯及甲烷等作碳源，氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气，在530℃~1130℃范围内，碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳纳米管，后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源，也都取得了成功。为使碳离子均匀分布，科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。 激光蒸发法
黑磷详细性能参数
黑磷性能参数 黑磷性能参数，这是大家很关心的内容。科学研究从未停止对于新材料的研究，比如石墨烯材料，自发现以来就被应用于多种电子产品的生产，被称之为奇迹材料。而如今，科学家们又发现黑鳞，与石墨烯相比，特点就是低成本的制造工艺，在生产生活中有很多优势，也被预测也会取代石墨烯。下面就由先丰纳米简单的介绍黑磷性能参数。 二维晶体是由几层单原子层堆叠而成的纳米厚度的平面晶体，比如石墨烯。但是石墨烯没有半导体带隙，也就是说它难以完成导体和绝缘体之间的转换，不能实现数字电路的逻辑开与关。而同样由单原子层堆叠而成的黑磷，则具有一个半导体带隙。 研究人员把黑磷做成纳米厚度的二维晶体后，发现它有非常好的半导体性质，这样就有可能用在未来的集成电路里。黑磷二维晶体有良好的电子迁移率，还有非常高的漏电流调制率，是石墨烯的10000倍，与电子线路的传统材料硅类似。 除了电性能外，黑磷的光学性能同包括硅和硫化钼在内的其他材料相比也有优势。它的半导体带隙是直接带隙,即电子导电能带底部和非导电能带顶部在同一位置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量，而传统的硅或者硫化钼等都是间接带隙，不仅需要能量，还要改变动量。这意味着黑磷和光可以直接耦合，这个特性让黑磷成为未来光电器件的一个备选材料。可以检测整个可见光到近红外区域的光谱。 这些初步的研究结果，远没有达到黑磷性能的极限，还有极大的拓展空间。黑磷还只是一个刚刚被发现的材料，现在其前景作任何的推断都还太早。这个材料的很多特性还有待发掘。
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宏量可控制备碳纳米管阵列
附件2 论文中英文摘要格式 作者姓名：张强 论文题目：宏量可控制备碳纳米管阵列 作者简介：张强，男，1984年3月出生，2004年9月师从于清华大学魏飞教授，于2009年7月获博士学位。 中文摘要 化学工程为现代高新技术产业的发展提供了最基本的生产手段与技术。近年来，纳米技术的蓬勃发展为新型工业开拓了科学和工程技术应用空间。作为一种具有一维管状结构的纳米材料，碳纳米管在力学、热学、电学、光学、声学等方面表现出优异的性能，成为纳米领域中最受关注的对象之一。随着应用研究的深入，人们发现，相互缠绕的聚团状碳纳米管往往作为一种化工原材料添加到最终产品中，这样就难以充分发挥碳纳米管的优异性能。相关研究表明，碳纳米管的取向和排列可以显著影响其作为宏观材料的性能。如果能够将碳纳米管做成高度规整的定向阵列结构，那么阵列本身就是带有功能的产品——超级弹簧、定向薄膜、过滤器、电池电极、场发射体等；碳纳米管阵列也可以经进一步加工形成人工合成的超强纤维、电子器件、高性能复合材料，从而极大地提高材料的性能；由于碳纳米管阵列的易分散性，即使破坏碳纳米管阵列的排列，将其单分散后应用于导电、导热、力学增强复合材料时仍表现出比聚团状单壁和多壁碳纳米管更为优异的性能。所以，碳纳米管阵列是诸多类型碳纳米管材料中的高端产品。 虽然高度规整的碳纳米管阵列已经开发出很多应用。但是，时至今日，基于碳纳米管阵列的所有应用还不能够看到明确的实用前景。其重要原因是可控、大规模宏量制备应用研究所需的宏量规模的定向碳纳米管阵列样品仍然非常困难。众多研究者采用高纯硅片作为基板，每批次仅获得几毫克碳纳米管阵列样品。碳纳米管阵列的市售价格可高达2000美元/片硅片。因此，要实现纳米技术为人类造福的目标，首要的问题就是能够探索出可在工业规模上大量生产碳纳米管阵列的方法。而探索宏量可控制备碳纳米管阵列的科学以及开发工业生产碳纳米管阵列的技术是化学工程发展中的新问题。本文研究了碳纳米管阵列所涉及到的各个尺度上的科学问题，并应用纳米过程工程的基本方法分析了碳纳米管阵列的宏量制备，探索制备过程中的技术和控制手段，为碳纳米管阵列的宏量制备提供一个切实可行的技术路线，进而为碳纳米管阵列的实用化铺平道路。 本文在理解碳纳米管团聚结构特点的基础上，对碳纳米管阵列的生长机理进行了探索。采用时空分析方法，指出在原子/分子层次上，碳纳米管的生长遵循气液固生长机制。此模型较好地解释单根碳纳米管如何在纳米金属催化剂生长，以及碳纳米管的直径控制，但是并未解释碳纳米管如何有效组装形成有序阵列。我们通过催化剂标记的方法，发现在单根尺度上，碳纳米管阵列遵循底部生长机制，即碳纳米管的生长点在其与基板结合的根部，但没有解释
碳纳米管的性质性能及其应用前景
碳纳米管的性质性能其应用前景 The Properties and Applications of Carbon Nano-Tubes 张雅坤北京师范大学化学学院201411151935 摘要：从1991年被正式认识并命名至今，碳纳米管凭借其特殊的结构及异常的力学、电学和化学性能获得了材料、物理、电子及化学界的广泛关注。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。本文主要对碳纳米管目前的性质性能及其应用前景进行了系统详细的介绍【8】。 关键词：碳纳米管、无机化学、性质性能、应用前景 一、综述 1.发展历史与研究进程 在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Lijima）在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。 1993年，S. Lijima等和D. S. Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。
1997年，A. C. Dillon等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛的关注。相关的实验研究和理论计算也相继展开。据推测，单壁碳纳米管的储氢量可达10%（质量比）。此外，碳纳米管还可以用来储存甲烷等其他气体。但该猜测在后来被证实是错误的，碳纳米管无法用于储氢的主要问题有两个：一是假如作为容器进行储氢，则无法对其进行可控的封闭和开启；二是假如用于氢气吸附，则其吸附率不超过1%（质量分数）。 能否控制单壁碳纳米管的生长是近二十余年来一直困扰着碳纳米管研究领域科学家们的难题，能否找到控制方法也成为碳纳米管应用的瓶颈。2014年，这道世界性难题被北京大学李彦教授研究团队攻克，该团队在全球首次提出单壁碳纳米管生长规律的控制方法，研究成果已于2014年6月26日发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上，这是碳纳米管研究方面的又一大突破。 2.碳纳米管的制备方法 常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 2.1电弧放电法 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极臵于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以
碳纳米管电极的制备及应用研究
碳纳米管电极的制备及应用研究 【摘要】：氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学研究引起了越来越多研究者的兴趣，这些研究能帮助我们了解蛋白质的结构和蛋白质发生电子传递的机理。由于多数蛋白质分子量较大，其电活性中心很难与电极直接交换电子。为了促进蛋白质和电极的电子传递，研究运用了各种纳米材料修饰电极，如金属纳米颗粒、碳纳米管等。碳纳米管自从被发现后，因为其独特的力学、电子特性以及化学特性成为世界范围内的研究热点之一。因其具有独特的结构、优良的力学性质及杰出的电学性质，碳纳米管在显微镜探针、场发射显示器、超级电容器、分离领域及传感器等领域得到广泛应用。由于碳纳米管的表面效应，即直径小、表面能高、原子配位不足，使其表面原子活性高，易与周围的其它物质发生电子传递作用，在电化学和电分析化学的研究中，如蛋白质的直接电化学和电化学生物传感器的构筑，具备了独特的优势。本文利用碳纳米管优良的物理、化学、电催化性能以及它们良好的生物相容性，结合纳米粒子的小粒径和大的比表面积效应，制备了2种不同类型的多壁碳纳米管修饰电极，实现了血红蛋白的直接电化学，该类修饰电极对过氧化氢等具有良好的生物电催化性质，能用于生物传感界面的构建。采用化学气相沉积法在石英基底上成功制备了直立碳纳米管阵列，并将其制成直立碳纳米管阵列电极，将血红蛋白、葡萄糖氧化酶采用多种方法固定到阵列电极界面上，制备的生物传感器具有较高的灵敏度、较低的检测下限以及快的响应速度。具体内容如下：第一章绪论首先系统介绍了碳纳米管的发现及应用研究，包括
碳纳米管的分类、性能、制备方法、功能化以及应用现状。接着介绍了氧化还原蛋白质(酶)的直接电化学，包括研究意义、研究现状以及纳米材料在蛋白质(酶)生物传感器中的应用。第二章血红蛋白在1-芘丁酸琥珀酰胺酯／碳纳米管和金胶纳米粒子修饰电极上的直接电化学本章采用多壁碳纳米管(MWNTs)、1-芘丁酸琥珀酰胺酯(PASE)和金纳米粒子(AuNPs)构筑生物兼容性薄膜，用于固定血红蛋白生物分子。首先1-芘丁酸琥珀酰胺酯的芘基端可以与碳纳米管的侧壁通过π键合作用形成PASE／MWNTs，然后，血红蛋白(Hb)通过蛋白分子中的胺基与PASE的琥珀酰胺酯基端的亲核取代反应形成胺键，固定到PASE／MWNTs纳米复合材料表面。最后，金胶纳米粒子通过静电作用力吸附血红蛋白分子表面，形成Au／Hb／PASE／MWNTs。采用紫外可见吸收光谱(UV-Vis)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、电化学交流阻抗(EIS)及循环伏安扫描(CV)等方法对电极修饰过程进行表征。实验结果表明，Hb在Au／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极表面没有发生变性，能够进行有效和稳定的直接电子转移反应。所得的Au ／Hb／PASE／MWNTs／GCE电极对H_2O_2、TCA、NaNO_2、O_2具有良好的催化还原的生物传感特性。第三章血红蛋白在多壁碳纳米管／金胶纳米粒子和SiO_2层层组装膜电极界面上的直接电化学本章提出一种基于多壁碳纳米管／金胶纳米粒子(MWNTs／Au)，SiO_2溶胶-凝胶和蛋白质层层组装的方法固定血红蛋白(Hb)，制得蛋白质电化学生物传感器。首先将一定量的MWNTs和金胶掺杂在一起后滴涂在玻碳(GC)电极表面，随后先后将一定量的Hb和SiO_2均匀滴涂
聚吡咯纳米阵列电极的光电化学
物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao) March Acta Phys.鄄Chim.Sin.,2006,22(3)：261~264 聚吡咯纳米阵列电极的光电化学 刘玲赵尧敏杨洁赵崇军江志裕* (复旦大学化学系,分子催化和创新材料上海重点实验室,上海200433) 摘要以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极,并研究了它的光电化学响应.结果表明,在电极电位低于-0.1V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的,其平带电位为-0.217V.聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大,最佳长度为42nm.这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少,产生的光电流弱,而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失.聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统. 关键词：聚吡咯,阳极氧化铝膜,纳米线阵列,光电化学 中图分类号：O646 Photoeletrochemical Behavior of Polypyrrole Nanofiber Array Electrodes LIU,Ling ZHAO,Yao?Min YANG,Jie ZHAO,Chong?Jun JIANG,Zhi?Yu* (Department of Chemistry,Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials, Fudan University,Shanghai200433,P.R.China) Abstract Polypyrrole(PPy)nano?fiber array electrodes were fabricated by electrochemical deposition of PPy in the pores of anodic aluminium oxide(AAO)templates.The photocurrent appeared at the potential below-0.1V(vs Ag/AgCl) was caused by the p?type semiconductor properties of PPy material.Its flat?band potential E fb was determined as-0.217 V(vs Ag/AgCl).The photocurrent of PPy nano?fiber array electrode varied with the length of the PPy nanofibers.For very thin PPy nano?fiber array the photocurrent was small.But if the arrays were too thick the photocurrent was also small because the photo?induced electrons might recombine with photo?induced holes in the film before reaching the back contact.The optimum thickness was42nm.The PPy nano?fiber devices might be used as nano photo?electronic device in the future. Keywords：Polypyrrole,Anodic aluminium oxide membrane,Nano?fiber arrays,Photoelectrochemistry 聚吡咯(PPy)是一种重要的导电聚合物.由于其在水溶液或有机电解质中具有良好的充放电性能,可用作化学电源、传感器的电极材料,因此其电化学性能受到广泛的关注[1?4].在阳极极化时溶液中的阴离子可掺入聚吡咯,使材料的导电性增加,而在阴极极化时随着阴离子的脱出,聚吡咯的电阻明显增加.通过聚吡咯膜的光电化学研究,已经证明在较负的电极电位区间聚吡咯在水溶液或有机溶液中都可以测到阴极光电流,而且其强度随电极电位的负移而增大.光电化学过程中涉及光致阴离子脱掺杂和阳离子掺杂过程的发生.该光电流是由于PPy膜的p型半导体性质引起的[5?6].在含高浓度支持电解质和较小阳离子(Li+和Na+)的溶液中得到的光电流信号更强.Miquelino等[5]观察到在还原态时PPy膜呈现阴极光电流,而在导电态时则为阳极光电流,并且采用红外光时得到的信号更强.从研究光 [Article]https://www.wendangku.net/doc/fb15356979.html, Received：July26,2005；Revised：September20,2005.*Correspondent,E?mail：zyjiang@https://www.wendangku.net/doc/fb15356979.html,；Tel：+8621?65642404. 国家自然科学基金(20333040),复旦大学研究生创新基金资助项目 鬁Editorial office of Acta Physico?Chimica Sinica 261
碳纳米管阵列超双疏性质的发现_翟锦
碳纳米管阵列超双疏性质的发现 * 翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷 - (中国科学院化学研究所 北京 100080) 摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路. 关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏 DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED CARBON NA NOTUBE FILMS Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei - (Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina ) Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine. Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic * 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学 基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到 - 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.wendangku.net/doc/fb15356979.html, 在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多 水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1] ,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信 号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的
超级电容器电极材料——碳纳米管
超级电容器电极材料——碳纳米管 超级电容器电极材料——碳纳米管 碳纳米管(Carbon Nano Tubes,Ts)是1991年 NEC公司的电镜专家 Iijima通过高分辨率电子显微镜观察电弧法设备中产生的球状分子时发现的一种管状新型纳米碳材料,如下图所示： 理想Ts是由碳原子形成的石墨烯卷成的无缝?中空的管体,根据管中碳原子层数的不同,Ts 可分为单壁碳纳米管 (Single-walled Nano Tubes SWNTs)和多壁碳纳米管 (Multi-walled Nano Tubes,MWNTs)?Ts的管径一般为几纳米到几十纳米,长度一般为微米量级,由于 Ts具有较大的长径比,因此可以将其看做准一维的量子线?Ts因其独特的力学?电子学和化学特性而迅速成为世界范围内的研究热点之一,并在复合增强材料?场发射?分子电子器件和催化剂等众多领域得到了广泛的应用? Niu等首先报道使用催化裂解法生长的直径为8nm的Ts制备了厚度为25.4μm?比表面积为430m2/g的薄膜电极,在38%的H2SO4水溶液中,获得了49～113F/g的质量比容,而且在频率为11Hz时,其相角非常接近-90°,并且具有大于 8kW/g的高功率? E.Frakcowaik等以钴盐为催化剂,二氧化硅为模板催化裂解乙炔制得比表面积为400m2/g 的MWNTs,其比容量达135F/g,而且在高达50Hz的工作频率下,其比容量下降也不大?这说明Ts的比表面 积利用率?功率特性和频率特性都远优于活性炭?碳纳米管的比容与其结构有直接关系? 江奇娜等研究了MWNTs的结构与其容量之间的关系,结果发现比表面积较大?孔容较大和孔径尽量多的分布在30～40nm区域的 Ts会具有更好的电化学容量性能?从Ts的外表来看,管径为30～40nm?管长越短?石墨化程度越低的Ts的容量越大?另外,由于SWNTs通常成束存在,管腔开口率低,形成双电层的有效表面积低,所以MWNTs更适合用做双电层电容器的电极材料?由于Ts的绝大部分孔径都在2nm以上,而2nm以上的孔非常有利于双电层的形成,所以Ts电容器具有非常高的比表面积利用率,但由于Ts的比表面积都很低,一般为100～400m2/g,所以Ts的比容都较低? 提高Ts比容的最直接办法是提高其比表面积,采用高速球磨将Ts打断能在一定程度上提高Ts的比表面积,进而提高其比容?另外,通过化学氧化或电化学氧化的方法在Ts表面产生电活性官能团,利用这些表面官能团在充放电过程中产生的赝电容也可以有效提高Ts的比容?Ts与金属氧化物或导电聚合物相复合,可以制备同时具有双电层电容和法拉第赝电
【CN110060875A】用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910356369.9 (22)申请日 2019.04.29 (71)申请人 南京工业大学 地址 211899 江苏省南京市浦口区浦珠南 路30号 (72)发明人 房贞兰 赵丽娜 刘美丽 徐宜秀 陈宝军 张兰天 袁小云 鞠强 (74)专利代理机构 西安中科汇知识产权代理有 限公司 61254 代理人 刘玲玲 (51)Int.Cl. H01G 11/24(2013.01) H01G 11/30(2013.01) H01G 11/86(2013.01) (54)发明名称用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法(57)摘要本发明的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法，其特征在于，以Co (NO 3)2·6H 2O和1，4-萘二甲酸为反应原料，N，N -二甲基甲酰胺为溶剂，三乙胺为表面活性剂，通过一步水热法，制备得到用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极。本发明的有益之处在于，本发明提供的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极及其制备方法具有以下优势：原料来源广，制备成本低；制备工艺简单、成本低、效率高；产品电容性能、稳定性能优越；产品具有有序的层状结构，用作超级电容器电极具有较高的可逆比电容、优异的倍率性能和稳定的循环性，具有 巨大的商业化应用前景。权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 110060875 A 2019.07.26 C N 110060875 A
权 利 要 求 书1/1页CN 110060875 A 1.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)将碳布裁成1cm×2cm的长方形碳布块，之后使用水：乙醇：丙酮＝1：1：1的混合液超声清洗，之后烘干过夜，称量； (2)将三乙胺溶于N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌得到混合均匀的混合溶液A，并在搅拌过程中放入经步骤(1)处理后的所述碳布块； (3)称取Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸溶，放入所述混合溶液A中，继续搅拌得到混合溶液B； (4)将所述混合溶液B连同里面的所述碳布块一起转移到20mL的水热反应釜中，之后将所述水热反应釜放置于烘箱中，缓慢升温反应； (5)反应结束后，用去离子水和乙醇冲洗所述碳布块，然后烘干； (6)使用前称量所述碳布块，以确定用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的有效质量。 2.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述三乙胺和N，N-二甲基甲酰胺的用量比例为1mg：1mL，搅拌时长为1h。 3.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述Co(NO3)2·6H2O和1，4-萘二甲酸的用量质量比为4：3。 4.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述水热反应釜放置于烘箱中缓慢升温反应过程控制的条件为：所述烘箱温度在30min内逐渐从室温升至120℃，在120℃条件下保持3d，之后以4℃·h-1的速度冷却至室温。 5.根据权利要求1所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于，步骤(5)中所述烘干的条件为80℃过夜充分烘干。 6.一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极采用权利要求1-5任意一项所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的制备方法制备得到。 7.根据权利要求6所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极的材料表面为六边形二维层状垂直纳米结构。 8.根据权利要求7所述的一种用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极，其特征在于，所述用于超级电容器的Co基纳米片阵列电极可用作超级电容器柔性电极，且比电容可达844Fg-1。 2
碳纳米管的性能综述
碳纳米管的性能综述 摘要 碳纳米管因为性能多方面并且应用广泛而受到很多研究员的关注，本文将对碳纳米管的几个性能的研究进行综述，包括碳纳米管的碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能、纳米连接性能、碳纳米管增强复合材料风机叶片性能、碳纳米管稳定性能分析、碳纳米管机械强度、碳纳米管吸附特性的综述。 关键字：碳纳米管性能催化剂催化性能连接性能稳定性能纤维的性能吸附特性 碳纳米管/FeS类Fenton催化剂催化性能 杨明轩等以浮动催化热分解法制备碳纳米管( CNTs) ，采用氧化-还原-硫化的方法制备了CNTs /FeS催化剂，采用X射线衍射( XＲD) 透射电子显微镜( TEM) 和热重( TG) 分析等技术对催化剂进行了结构表征。将CNTs /FeS作为类Fenton催化剂用于水中环丙沙星的去除，研究了降解过程中H2O2 浓度CNTs /FeS催化剂的投加量环丙沙星浓度及pH等因素对催化降解性能的影响。结果表明，CNTs /FeS类Fenton催化反应在H2O2 浓度为20mmol /L和CNTs /FeS催化剂的投加量为10 mg的条件下具有最优的降解效果，其催化反应过程符合一级动力学方程，且具有更加宽泛的pH适应范围( pH=3 ～8) ，同时，CNTs /FeS类Fenton 催化剂在使用寿命方面也具有一定的优势．结论是采用碳纳米管原始样品制备了CNTs /FeS 类Fenton催化剂，并应用于环丙沙星的催化降解反应中，在pH=3 ～8范围内可保持较高去除率( 可达89%) ; 当H2O2 浓度为20mmol /L时，去除率最高( 可达90%) ; CNTs /FeS催化剂催化降解环丙沙星反应过程符合表观一级动力学方程。CNTs /FeS类Fenton催化反应在固液比1 ∶2的情况下，循环使用4次后仍然保持较高的催化降解效率。 碳纳米管的连接性能 2002年，Derycke等采用恒定的电流施加于Au电极结果表明，在焦耳热作用下，单壁碳纳米管( SWCNTs) 与金电极接触处的氧气等吸附物发生脱附，并获得了较低的接触电阻。 2006年，Chen等提出一种新颖的超声纳米焊接技术该技术使用超高频微幅振动的压头，成功地将CNTs压焊到金属电极上，形成可靠的电接触结果表明，焊接后的结构具有较高的机械强度和较低的接触电阻采用这种超声纳米焊接技术，能极大地改善基于CNTs的场效应晶体管性能。目前的纳米连接技术主要包括局部焦耳热法高温退火法电子束焊接法超声纳米焊接和原子力显微镜操纵法。 2011年，Karita等研究了多壁碳纳米管( MWCNTs) 和金电极间的电接触，并在接触处施加电流结果表明，当电流密度达到108A /cm2时，金表面沿着MWCNTs端开始熔化当电流密度提高2倍时，观察到接触区域的金表面结构发生显著性改变，从而减少了接触阻抗该研究组还针对开口和封口CNTs与金电极的纳米连接进行了研究发现，在与Au电极接触的区域中，采用开口CNTs所获单位面积电导率约为封口CNTs电导率的4倍但同时观测到，采用局部焦耳热法时，所产生的大电流引起连接区域材料过度熔化及表面形貌的改变，进而影响器件的性能。 碳纳米管的稳定性能
浅谈碳纳米管
浅谈碳纳米管 摘要：就对于碳纳米管的优良性质，以及将来在许多的领域的应用，不可避免的说到碳纳米管可能作为某些材料的替代产品，碳纳米管的缺陷和如何改进等问题。 关键词：碳纳米管优良性能 前言：随着科学技术的发展，很多材料和能源都已经快到达它们物理性能的极限了，由于人们对纳米材料的不断探索，终于发现了许多纳米材料所具有的其他材料没有的优良性能，那么我们就来浅谈谈碳纳米管为什么具有这么多的优良性能，和这些优良性能的前景。 正文：正如人们都知道的纳米材料由于具备尺寸小，比表面积大，表面能高等特点，表现出许多特有的物理效应如表面效应小尺寸效应，量子效应和介电限域效应等。从而使纳米材料具有传统材料所不具备的异或反常的物理特性。 碳纳米管由于由于其中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。从而使其表现出良好的力学性能，碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管的导电性也是可观的，由于碳纳米管的碳原子之间构成六边形，必然就会有一个孤对电子环绕在每个碳原子周围，从
而使其有具有相当好的导电性。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当碳纳米管的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，碳纳米管可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道有人通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。当然碳纳米管也具有优良的导热性碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。其他性能，碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。 对于碳纳米管的应用前景那是可观的，随着化石原料的逐渐枯竭，人们正在寻找清洁能源，目前被人们所看重的莫过于氢能和太阳能了。不管它们中的哪一种能源，目前都陷于瓶颈之中，氢能怎么制取，怎么存储到现在还是问题，至于太阳能我想不必多少，太阳能虽然总量巨大，但是利用率很低，至今还在探索，但是我想说碳纳米管的研究可能就可以解决这些问题，从而解决现在的能源危机。
纳米电极及其在电化学中的应用
纳米电极及其在电化学中的应用 常智远 (上海大学化学系) 摘要：纳米电极是近几十年代发展起来的并在电化学及电分析化学中显示了广阔的应用前景.本文简要介绍了几种纳米电极的制备方法,重点介绍了纳米电极在电化学反应动力学常数测量,作为探针在扫描技术中的应用以及纳米电极分别在光谱电化学和传感器中的应用,结尾并对其发展前景进行了展望。 关键词:纳米电极;电化学 1概述 超微电极又称微电极,分别由Fleischmann和Wightman等人引入到电化学和电分析化学领域。这类电极至少有一维,通常要小于25Lm。电极直径小于1Lm但大于100nm一般称为亚微米电极。纳米电极的尺寸没有明确的定义, 一般认为纳米电极是指电极的某一维有效直径在1~100nm, 小于10nm的电极又被称为Nanode。纳米电极最早被用来进行生物活体分析, 20世纪80年代, 电分析化学家应用其传质速率很快, 电极充电电流较小的特点来测量某些快速电化学反应的标准速率常数等, 同时纳米电极因其电极尺度小, 特别是当电极的尺度接近单个分子的尺度时, 其它一些因素如静电场、分子吸附、边沿效应等都会对电极的响应发生影响,所有这些特点使得纳米电极日益受到人们的重视。 2纳米电极的制备 纳米电极的制备及其应用已有20多年的历史,已有锥形、平板形、环形、圆盘形、条形等多种形状的电极,现已报道了多种成功率较高的金属钠米电极的制备方法。 条形纳米电极的制备方法通常是在平板玻璃上蒸镀一层贵金属薄膜,然后再将其封装后打磨至该膜层露出.纳米电极阵列有多种制备方法,如用电沉积的方法沉积金属于多孔膜的孔中及光刻等技术。锥形及圆盘形电极因其可作为各种SPMs的探头而成为目前主要采用的纳米电极。总体上讲锥形或圆盘纳米电极的制备一般分为两步: 首先将金属丝在腐蚀液中用电化学的方法腐蚀成纳米针尖,然后用包封液将该针尖包封只露出其尖端很小的一部分。目前制得的圆盘电极, 其半径可达100nm或更小。对于r 为1~0. 01um的制作方法可以将直径为纳米级金属丝, 利用化学侵蚀的方法或光学刻蚀的方法。 3纳米电极的应用 3.1 电化学反应动力学参数测量 纳米电极的充电电流及其在溶液中的IR降较小, 可在高阻抗的非水溶液中或不加支持电解质的情况下使用,同时纳米电极可进行快速扫描得到暂态情况下电化学反应的信息。电极表面的传质速率与电极的半径成反比, 因而一定尺度以下的纳米电极可以用来测量许多异相电子转移( 传递) 反应的标准速率常数. 对于一个异相电子转移反应O+ ne→ R为了测