碳納米管的宏量制備技術(shù)

內(nèi)容概要

　　碳納米管獨特的一維管狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的物理性能使其在新材料、能源、催化、電子、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，實現(xiàn)碳納米管的批量制備是拓展其廣泛應(yīng)用的前提。魏飛、騫偉中等編著的《碳納米管的宏量制備技術(shù)》集清華大學(xué)魏飛教授的碳納米管研究團隊十多年的科研成果，著眼于碳納米管批量制備的工程基礎(chǔ)，從碳納米管合成化學(xué)以及工程科學(xué)人手，首先介紹納米材料批量制備的研究對象、基本方法和有關(guān)領(lǐng)域，然后闡述聚團狀多壁碳納米管、聚團狀單壁碳納米管、碳納米管垂直陣列、碳納米管水平陣列以及特種碳納米管的批量制備化學(xué)、過程理念設(shè)計、工業(yè)實現(xiàn)、強化以及應(yīng)用探索，接下來描述碳納米管批量生產(chǎn)的工程現(xiàn)狀以及工程管理，最后是對石墨烯、納米碳纖維以及多級結(jié)構(gòu)碳等新興納米碳材料的批量制備介紹。
　　本書適合化學(xué)、化工、凝聚態(tài)物理、材料、納米科技領(lǐng)域的廣大科研、教學(xué)、管理、專業(yè)技術(shù)人員以及研究生和大學(xué)生閱讀和參考。 　　

作者簡介

魏飛，教授、博士生導(dǎo)師。1984年和1990年獲得中國石油大學(xué)學(xué)士學(xué)位和博士學(xué)位?，F(xiàn)任清華大學(xué)綠色反應(yīng)工程與工藝北京市重點實驗室主任，中國顆粒學(xué)會副理事長、中國化學(xué)工業(yè)與工程學(xué)會、中國石油學(xué)會理事。1997年度國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，1999年度教育部長江學(xué)者特聘教授。主要研究領(lǐng)域為氣固湍流、反應(yīng)傳遞現(xiàn)象及其工程化，包括氣固湍流、高速流態(tài)化、多相計算流體力學(xué)、納米顆粒團聚與流動、多相催化過程、納米材料制備及反應(yīng)器放大工程化等。承擔(dān)和已完成國家自然科學(xué)基金重大項目、重點項目、國際合作項目及"863"計劃等研究項目十余項。

書籍目錄

《納米科學(xué)與技術(shù)》叢書序
前言
第1章 緒論
　1.1 納米材料與納米技術(shù)
　1.2 碳納米管概述：結(jié)構(gòu)與分類
　1.2.1 碳納米管的優(yōu)異性能
　1.2.2 碳納米管的團聚結(jié)構(gòu)
　1.3 碳納米管的宏量制備
　參考文獻
第2章 聚團狀多壁碳納米管的宏量制備
　2.1 納米尺度下多壁碳納米管的組裝規(guī)律
　2.1.1 生長機理
　2.1.2 催化劑設(shè)計
　2.2 碳納米管的團聚生長
　2.2.1 聚團的形成及其宏觀形貌
　2.2.2 碳納米管的多級聚團結(jié)構(gòu)
　2.2.3 碳納米管聚團的生成過程
　2.3 碳納米管聚團的流體力學(xué)行為
　2.3.1 碳納米管聚團流化床的流化現(xiàn)象和床層膨脹
　2.3.2 碳納米管聚團流化床的流體力學(xué)行為
　2.3.3 碳納米管聚團流化床的氣體擴散行為
　2.4 碳納米管的制備過程研究
　2.4.1 催化劑還原與甲烷裂解協(xié)同提高甲烷轉(zhuǎn)化率
　2.4.2 雙層流化床變溫操作調(diào)變碳納米管生長
　2.4.3 流化床浮游催化劑法制備分支碳納米管
　2.5 多壁碳納米管的宏量制備
　2.6 碳納米管的分散與純化
　2.6.1 碳納米管的液相分散
　2.6.2 破碎一絮凝分離純化碳納米管
　2.6.3 高純碳納米管產(chǎn)品的制備
　2.7 碳納米管在復(fù)合材料中的應(yīng)用
　2.7.1 含碳納米管的超強纖維
　2.7.2 碳納米管／高分子導(dǎo)電復(fù)合材料
　2.7.3 碳納米管／聚酯抗靜電纖維及織物
　2.7.4 碳納米管／電磁屏蔽吸波材料
　2.7.5 碳納米管／陶瓷復(fù)合材料
　2.7.6 碳納米管導(dǎo)電墨水
　2.7.7 碳納米管超級電容器
　2.7.8 碳納米管用于鋰離子電池電極
　2.8 結(jié)語
　參考文獻
第3章 聚團狀單壁碳納米管的宏量制備
　3.1 引言
　3.2 單壁碳納米管的催化生長
　3.2.1 基板催化劑體系
　3.2.2 浮游催化劑體系
　3.2.3 粉末催化劑體系
　3.3 宏量制備單壁碳納米管
　3.3.1 低空速流化床制備單壁碳納米管
　3.3.2 高空速流化床連續(xù)生產(chǎn)單／雙壁碳納米管
　3.4 結(jié)語
　參考文獻
第4章 碳納米管垂直陣列的宏量制備
　4.1 碳納米管陣列的合成方法
　4.1.1 負載催化劑化學(xué)氣相沉積
　4.1.2 浮游催化劑化學(xué)氣相沉積
　4.2 碳納米管陣列的生長機理
　4.2.1 原子／分子尺度上碳納米管的生長
　4.2.2 單根尺度上碳納米管的生長
　4.2.3 協(xié)同作用下碳納米管的生長
　4.3 曲面生長碳納米管陣列
　4.3.1 球形顆粒表面輻射生長碳納米管陣列
　4.3.2 片狀材料法向生長碳納米管陣列
　4.3.3 異形顆粒表面生長碳納米管陣列
　4.4 插層生長碳納米管陣列
　4.5 流化床批量制備碳納米管陣列
　4.5.1 流化床制備陣列的基礎(chǔ)：生長過程中顆粒連續(xù)穩(wěn)定地流化
　4.5.2 流化床批量制備的碳納米管陣列表征
　4.5.3 流化床制備碳納米管陣列的過程放大
　4.5.4 碳納米管陣列的純化
　4.6 碳納米管陣列的應(yīng)用
　4.6.1 陣列整體作為功能器件
　4.6.2 CNT絲
　4.6.3 CNT陣列分散后的應(yīng)用
　4.6.4 CNT陣列插層復(fù)合物的應(yīng)用
　參考文獻
第5章 超長碳納米管水平陣列的宏量制備
　5.1 引言
　5.2 超長碳納米管的結(jié)構(gòu)與合成化學(xué)
　5.2.1 超長碳納米管的結(jié)構(gòu)
　5.2.2 超長碳納米管的生長機理及生長模式
　5.2.3 超長碳納米管的合成方法
　5.3 超長碳納米管水平陣列的結(jié)構(gòu)與形貌調(diào)控
　5.3.1 超長碳納米管的本征結(jié)構(gòu)調(diào)控
　5.3.2 超長碳納米管水平陣列的形貌調(diào)控和宏觀操縱
　5.4 超長碳納米管的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)表征
　5.4.1 超長碳納米管的SEM表征
　5.4.2 超長碳納米管的TEM表征
　5.4.3 超長碳納米管的AFM表征
　5.4.4 超長碳納米管的STM表征
　5.4.5 超長碳納米管的拉曼表征
　5.4.6 超長碳納米管的電學(xué)性質(zhì)表征
　5.5 超長碳納米管水平陣列宏量制備的一些策略
　5.5.1 催化劑的改進
　5.5.2 超長碳納米管水平陣列長度的改進
　5.5.3 超長碳納米管水平陣列密度的改進
　5.6 典型應(yīng)用
　5.6.1 在碳納米管本征性質(zhì)研究方面的應(yīng)用
　5.6.2 在納米電子器件方面的應(yīng)用
　5.6.3 在工程材料領(lǐng)域的應(yīng)用
　5.7 結(jié)語
　參考文獻
第6章 特種碳納米管的宏量制備
　6.1 摻雜碳納米管
　6.1.1 硼／氮摻雜碳納米管
　6.1.2 其他雜原子摻雜碳納米管
　6.1.3 摻雜碳納米管的典型應(yīng)用
　6.2 螺旋碳納米管
　6.2.1 單螺旋碳納米管
　6.2.2 雙螺旋碳納米管
　6.2.3 螺旋碳納米管的典型應(yīng)用
　6.3 碳納米管結(jié)
　6.3.1 一維碳納米管結(jié)
　6.3.2 多維碳納米管結(jié)
　6.3.3 碳納米管異質(zhì)結(jié)
　6.3.4 碳納米管結(jié)的典型應(yīng)用
　6.4 大空腔碳納米管
　6.4.1 大空腔單壁碳納米管
　6.4.2 大空腔多壁碳納米管
　6.4.3 大空腔碳納米管的典型應(yīng)用
　6.5 特定長度的碳納米管
　6.5.1 超短碳納米管
　6.5.2 超長碳納米管
　6.5.3 特定長度的碳納米管的典型應(yīng)用
　6.6 表面性能調(diào)變的碳納米管
　6.6.1 共價調(diào)變
　6.6.2 非共價調(diào)變
　6.6.3 典型應(yīng)用
　參考文獻
第7章 石墨烯簡介及其宏量制備
　7.1 石墨烯制備方法
　7.1.1 機械法剝離石墨
　7.1.2 化學(xué)氣相沉積
　7.1.3 外延生長
　7.1.4 電弧放電方法
　7.1.5 石墨插層化合物溶劑化解理
　7.1.6 全化學(xué)有機合成
　7.1.7 切割碳納米管
　7.1.8 石墨氧化及還原法
　7.2 基于石墨烯的超結(jié)構(gòu)以及雜化物
　7.2.1 石墨烯膜
　7.2.2 石墨烯垂直陣列
　7.2.3 石墨烯一碳納米管雜化物
　7.2.4 石墨烯一金屬雜化物
　7.2.5 石墨烯一氧化物雜化物
　7.2.6 石墨烯一量子點雜化物
　7.3 石墨烯典型應(yīng)用
　7.3.1 微電子工業(yè)
　7.3.2 透明導(dǎo)電膜
　7.3.3 能源轉(zhuǎn)化與存儲
　7.3.4 石墨烯基催化劑
　7.3.5 石墨烯復(fù)合材料
　7.3.6 傳感器及生物探針
　7.4 結(jié)語
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：第1章 緒論1.1 納米材料與納米技術(shù)“如果有一天人們能按照自己的意愿排列原子和分子，那將創(chuàng)造什么樣的奇跡？”這是美國著名理論物理學(xué)家、諾貝爾物理學(xué)獎獲得者費曼于1959年12月29日在加州理工學(xué)院出席美國物理學(xué)會年會時，作出的著名演講“在底部還有很大空間”(There's plenty of room at the bottom）中的預(yù)言，它被認為是納米技術(shù)研究的最早構(gòu)想。  當前，與“納米”相關(guān)的材料、科學(xué)、技術(shù)正在受到人們的廣泛關(guān)注。隨著納米科學(xué)的深入探索，人們逐漸認識到，要實現(xiàn)預(yù)期的功能，就要實現(xiàn)原子和分子層次上的控制，要搞清楚這些原子、分子以何種方式有序組織形成可控的介觀結(jié)構(gòu),這會引發(fā)制造業(yè)上的一次由自上而下到自下而上的技術(shù)革命。納米材料是指三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100 nm）的材料或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料。 自20世紀60年代至今，眾多超微粒子、納米結(jié)構(gòu)的研究受到日益廣泛的重視，許多具有新穎結(jié)構(gòu)和獨特性質(zhì)的納米材料被不斷合成。事實上，早期研究的膠體顆?；蛘叱毞垡呀?jīng)處在納米科學(xué)的研究范疇；高活性的金屬基催化劑及分子篩也往往以極小尺寸的顆粒（也屬于納米顆粒）形分散到載體上，其微納孔道結(jié)構(gòu)影響分子輸運及催化特性。隨著顯微技術(shù)的進步、量子觀念的深入以及計算技術(shù)的發(fā)展，人們已意識到處于納米尺度的材料具有很多新穎的物性：納米材料的尺寸接近電子的相干長度，其性質(zhì)因為強相干所帶來的自組織而發(fā)生很大變化，需要利用量子力學(xué)對材料的性能進行描述；納米材料的尺度接近光的波長，擁有巨大的比表面積，表面原子所占比例很高，因此其所表現(xiàn)的各種宏觀物理性能，如熔點、磁性及光學(xué)、導(dǎo)熱、導(dǎo)電特性等，往往不同于該物質(zhì)在體相狀所表現(xiàn)的性質(zhì)。這些奇妙的性質(zhì)，不僅提供了新穎的研究對象，更提供了由納米材料組裝形成具有高強度、高硬度、高韌性、高抗沖擊性、超疏水、高導(dǎo)電等性能的產(chǎn)品。使納米材料有望突破傳統(tǒng)材料發(fā)展中遇到的瓶頸，具有重大的應(yīng)用需求。

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《納米科學(xué)與技術(shù):碳納米管的宏量制備技術(shù)》以碳納米管的批量制備為線索，分析各種形式的碳納米管批量制備的科學(xué)與工程，以促進我國碳納米管的研究和應(yīng)用開發(fā)，同時也為其他納米材料的批量制備提供思路?！都{米科學(xué)與技術(shù):碳納米管的宏量制備技術(shù)》適合化學(xué)、化工、凝聚態(tài)物理、材料、納米科技領(lǐng)域的廣大科研、教學(xué)、管理、專業(yè)技術(shù)人員以及研究生和大學(xué)生閱讀和參考。

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