化学气相沉积可控制备碳纳米管及其复合材料

论文摘要

碳纳米管具有独特的一维纳米结构,可以看作由石墨层片卷曲而成。由于其具有优异的电学、力学和化学特性,从1991年发现开始就引起了材料科学和凝聚态物理研究领域的广泛关注。经过近二十年的研究发展,碳纳米管的研究从最初的制备基础研究扩展到现在的生物、电子、机械等领域的应用探索,极大地影响和推动了相关纳米科技的发展进程。但目前仍存在着一些挑战性难题制约着碳纳米管大范围的工业化应用,如廉价、规模化、高质量的制备技术,结构和电子特性的调控、碳纳米管的生长过程和内在机制的揭示等问题。本论文采用化学气相沉积技术研究了碳纳米管生长过程中反应工艺条件对其产量及其组装结构的影响,并对碳纳米管/水泥复合增强材料的合成进行了探索研究。主要研究结果如下：1.制备高效催化剂并考察弱氧化反应气氛对碳纳米管产量的影响。采用溶胶-凝胶燃烧法制备多孔CoMo/MgO催化剂,在碳纳米管生长过程中引入弱氧化剂C02并调节反应条件,利用弱氧化剂清除反应过程中生成的无定形碳来延长催化剂的活性,实现碳纳米管产量的提高。2.碳纳米管原位自助装构筑特殊图案和微米管。将液相中的水包油结构转移到Si基板表面上,在Si基板上形成特殊图案,再用浮游催化化学气相沉积法生长碳纳米管得到由碳纳米管构成的花状形貌；在浮游催化法生长碳纳米管的过程中引入弱氧化剂C02,同时调节催化剂供给量,在Si片上形成了由碳纳米管构成的微米管结构。3.碳纳米管/水泥复合材料原位合成。水泥做基底,采用浮游催化化学气相沉积法成功原位合成碳纳米管/水泥复合材料。碳纳米管与水泥之间的结合方式有两种：（1）碳纳米管直接生长在水泥基体上；（2）碳纳米管在气相中生成后附着在水泥颗粒表面上控制反应条件可实现碳纳米管在水泥基底上的原位生长,获得碳纳米管与水泥基体结合紧密的复合材料。采用浸渍法制备催化剂,成功实现在水泥基底上制备具有螺旋结构的碳纳米结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碳纳米管简介
• 1.2 碳纳米管的制备方法
• 1.2.1 固载催化剂法
• 1.2.2 浮游催化剂法
• 1.3 碳纳米管的生长机理
• 1.4 碳纳米管增强复合材料及应用前景
• 1.5 论文的研究内容和目的
• 2 实验部分
• 2.1 实验原料和设备
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 表征与分析仪器
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 固载催化剂法
• 2.2.2 浮游催化剂法
• 2.3 产物的表征
• 3 固载催化剂法制备碳纳米管
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 多孔催化剂的制备
• 3.2.2 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 产物的形貌和结构
• 3.3.2 碳纳米管产量的控制
• 2气氛对碳纳米管的影响'>3.3.3 CO₂气氛对碳纳米管的影响
• 2气氛对碳纳米管的影响'>3.3.4 SO₂气氛对碳纳米管的影响
• 3.4 本章小结
• 4 浮游法控制合成碳纳米管及其组装结构
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 预处理硅基板生长碳纳米管自组装体结构
• 4.3.1 基片的处理
• 4.3.2 组装体的形貌表征与分析
• 4.3.3 催化剂量对组装体形貌的影响
• 4.3.4 花状碳纳米管组装体生长模型
• 4.4 二氧化碳辅助碳纳米管原位自组装
• 2辅助碳纳米组装体的形貌表征'>4.4.1 CO₂辅助碳纳米组装体的形貌表征
• 2辅助碳纳米管组装体形貌的影响'>4.4.2 催化剂量对CO₂辅助碳纳米管组装体形貌的影响
• 2含量对碳纳米管组装体形貌的影响'>4.4.3 CO₂含量对碳纳米管组装体形貌的影响
• 4.5 本章小结
• 5 化学气相沉积法原位制备碳纳米管/水泥复合材料
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 水泥的相组分分析
• 5.2.2 固载催化剂碳纳米管/水泥复合材料制备方法
• 5.2.3 浮游催化剂碳纳米管/水泥复合材料制备方法
• 5.3 固载催化剂法制备碳纳米管/水泥复合材料
• 5.4 浮游催化剂法制备碳纳米管/水泥复合材料
• 5.4.1 产物的形貌结构
• 5.4.2 碳纳米管载量的控制
• 5.4.3 碳纳米管与水泥结合力考察
• 5.4.4 碳纳米管的生长机理
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢